锁在java中锁住的是什么呢？

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前言

锁在 java 项目开发中是一个重要的内容，具体分为 java 关键字锁、java 锁、分布式系统中的分布式锁。也许大家对如何使用锁已经烂熟于心，但是有没有在编码的过程中考虑过这样一个问题，这个锁到底锁住的是什么东西呢？

锁的使用

在开始分享之前，先简单看一下三种锁的实现方式：

// 1 synchronized关键字锁
Object obj = new Object();

synchronized(obj){
   // todo some business
}

// 2 java 锁
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
try {
	if(lock.tryLock()){ // 加锁
		// todo some business
	}
}catch (Exception e){
	// todo ex information
} finally {
	  lock.unlock(); // 无论如何要解锁
}

// 3 分布式锁，通常使用redis来实现
long value = Thread.currentThread().getId();
boolean flag = RedisUtils.set(key,value,"NX",10);
try {
	if(flag)){ // 加锁
		// todo some business
	}
}catch (Exception e){
	// todo ex information
} finally {
  // 解锁时需要判断value值是否为自身
	long val = RedisUtils.get(key);
  if (val - value == 0){
     RedisUtils.del(key);
  }
}

我们通过以上的示例，可以看到不论是何种方式，都需要在一个中心获取一个许可，在单体项目中，就需要获取当前系统中的一个许可，在分布式系统中需要在 redis 中设置一个标识，获取一个许可才能进行后续的操作。对于分布式锁和 java 锁，大家都可以理解，但是 java 关键字的锁，到底锁住的是什么呢，一个关键字在加锁和解锁的过程中起了什么作用，这是需要关注的重点。先说一下结论，java 关键字 synchronized 锁在加锁的过程中，锁住的是 java 对象的对象头。理解这一点，需要先理解一下 java 的对象结构。

java 对象的结构

java 对象的结构，在《深入理解 java 虚拟机》一书中有详细的说明，这里直接展示结论：

1 对象头：对象头由关键字（mark word）和类指针（klass pointer）两部分组成，如果是数组还要包括数组长度（length）。
2 示例数据：示例数据就是 java 对象中的属性和方法所属数据。
3 对象填充：java 文件在编译后需要交由 java 虚拟机进行解释生成内存中的数据对象，在 jvm 中需要按照一定的规则读取数据，简单的说就是对象的大小必须是 8byte 的整数倍，不足的部分就需要空白进行补齐。

java 的内存布局也是可以进行展示的，如果需要了解的，可以使用 JOL 查看对象在内存中的分布情况，这里就不再展开了。

java 对象头

关键的内容是对象头的信息，也是和锁直接相关的部分，如下图所示：

synchornized 关键字在 jdk1.6 之后进行了优化，优化的内容就是不再一开始就直接使用重量级锁，而是根据所对象的情况进行判断，从无锁、偏向锁、轻量级锁，最后才升级为重量级锁。如上图所示，每一行都是对象头，但是在锁升级的过程中其结构是不一样的（age:4,这个 4 说的是对象年龄所在的位数，最大也就是 15），在轻量级锁时指向的是锁记录（lock_record）,重量级锁时指向的是（monitor）,具体的锁状态需要由 biased_lock 偏向锁标识和 lock 锁标记来配合展示，如下图所示：

Synchronized 加锁过程

在锁升级和锁撤销的过程中，需要遵循以下的经典图解：

1 在加锁之前，会先查询对象头的偏向锁标记（biased_lock），如果该值为 0 则在此之前没有锁竞争的情况，将偏向锁的标记置为1，同时将该线程的 threadId 设置到对象头中，此时对象就被锁定了。如果偏向锁的标记为 1，表示已经存在偏向锁，需要在此判断对象头的 thradId 是否为自身，如果是自身则继续操作，不是自身的话，则需要进行锁升级，在锁竞争的阶段，则需要升级为轻量级锁。
2 在轻量级锁阶段偏向锁的标志位0，锁标记为00，此时会在线程的占空间中开辟一块空间，记为锁记录并使用 CAS 将对象头中除了锁信息之外的部分设置到锁记录中，此时完成了轻量级锁的操作。
3 此时如果还有线程需要获得执行权，会进一步的引发锁膨胀为重量级锁，此时锁标记为 10，此时为重量级锁，和轻量级锁类似，需要将对象头的其它信息监视器中，通过指针进行引用。
4 如果锁标记位是 11，表示对象处于 GC 的状态，这里急需要说一下锁只能升级，不能降级。

总结

本文介绍了编程中常用的锁使用方式，使用提出问题的方式逐层递进引出 java 对象头结构信息，最后解释 java 关键字锁的实现原理，后续会持续更新关于锁的知识，欢迎大家多多关注。