偏向锁/轻量锁/重级锁锁锁更健康,上锁解锁到底是怎么完成实现的,我来告诉你

·  阅读 1784
偏向锁/轻量锁/重级锁锁锁更健康,上锁解锁到底是怎么完成实现的,我来告诉你

一起养成写作习惯!这是我参与「掘金日新计划 · 4 月更文挑战」的第7天,点击查看活动详情

轻量级锁升级重量级锁

  • 只有一个线程抢夺时JVM上偏向锁
  • 在出现一个线程时就是轻量级锁。轻量级锁通过CAS进行上锁。失败则会发生自旋
  • 当自旋大一定程度或者,此时又出现一个线程上锁,此时会切换成重量级锁。
 ​
 class Heavy{
 ​
 }
 public class HeavyLock {
     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
         Heavy heavy = new Heavy();
         final Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
             @SneakyThrows
             @Override
             public void run() {
                 synchronized (heavy) {
                     System.out.println("t1:"+ClassLayout.parseInstance(heavy).toPrintable());
                 }
                 TimeUnit.SECONDS.sleep(1000000);
             }
         });
         final Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
             @SneakyThrows
             @Override
             public void run() {
                 synchronized (heavy) {
                     System.out.println("t2"+ClassLayout.parseInstance(heavy).toPrintable());
                 }
                 TimeUnit.SECONDS.sleep(1000000);
             }
         });
         final Thread t3 = new Thread(new Runnable() {
             @SneakyThrows
             @Override
             public void run() {
                 synchronized (heavy) {
                     System.out.println("t3"+ClassLayout.parseInstance(heavy).toPrintable());
                 }
                 TimeUnit.SECONDS.sleep(1000000);
             }
         });
 ​
         t1.start();
         TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
         t2.start();
         t3.start();
         TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
         System.out.println(ClassLayout.parseInstance(heavy).toPrintable());
     }
 }
  • 我们能够发现,在出现两个线程进行轻量级锁争抢的时候会切换成重量级锁。

image-20211213165517269.png

  • 都是重量级锁的同时,我发现其他信息是固定的,这个也和我们在内存布局中一样,这里指向的是锁指针,对应的是C++中ObjectMonitor对象指针。重量级指针内部有一个队列就是将没抢上的线程挂起用的。所以这里不会变化。这里注意和线程id进行区分
  • 重量级锁用完之后就会释放掉成无锁状态。

image-20211213165803310.png

锁操作

  • 上面我们分别介绍了偏向锁,轻量级锁,重量级锁的定义及场景切换。这里我们稍微总结下三种锁使用场景

  • 偏向锁在JVM开启偏向条件下,默认是偏向锁

  • 当有另外一个线程再次对对象进行加锁时,不管有没有发生竞争都是轻量级锁。只不过发生竞争时会通过CAS抢占,CAS一定次数还是失败则升级重量级锁。而偏向锁切换到轻量级锁的过程是先撤销偏向锁在上轻量级锁

  • 当有两个及以上的时候发生竞争就会切换成重量级锁。切换之前会有一个线程通过自旋等待。默认是10次。这是不固定的,因为有自适应自旋锁的存在

  • 除了锁之间的关系,我们还需要掌握下各个锁的原理,上锁解锁的全过程

  • 偏向锁

    上锁

    • 首先我们检测下状态位是否是101。如果是在看下当前markword存储的threadId是否是当前线程。如果是当前线程则可以执行当前代码块
    • 如果不是当前线程,则通过CAS写入当前线程;如果写入成功则说明偏向锁上锁成功,继续执行当前代码块
    • 如果CAS写入失败,则说明有资源抢占。偏向锁升级成轻量级锁。

image-20211214094108242.png

### 解锁

-   上面的代码案列中,我也有所提到偏向锁是不会主动释放的。因为我们在还没加锁的时候默认就是偏向锁。只有发生竞争了升级轻量级锁的时候才会撤销偏向锁。
-   所以说偏向锁的解锁就是不操作。我们这里主要说下在升级轻量级锁是关于偏向锁的撤销的逻辑

image-20211214094710414.png

## 轻量级锁

### 上锁

-   轻量级锁上锁过程需要借助一个`Lock Record` ; 他是存储在线程栈帧中的一块内存地址。

image-20211214100148111.png

-   因为偏向锁不需要释放,他的可重入式锁就是不做任何操作。但是在轻量级锁中涉及到释放锁。那么轻量级锁如何体现可重入式呢?[这里参考下这篇文章](https://dandelioncloud.cn/article/details/1403089140002131970);
-   在上图中如果是无锁或者偏向锁会在线程栈中开辟LockRecord来存储markword的地址叫做`Displaced MardWord`
-   但是在已经是偏向锁的条件分支里,我没有体现可重入式的概念。在这条分支线里实际上是检测到markword中指向的是当前栈帧的时候JVM还是会开辟一个`Lock Record`,也不会写回到markword中。`LockRecord`不会存储原本markword的内容。此时的`LockRecord`本身就是一个计数器的功能。在释放重入式锁的时候也只是删除`LockRecord`而不会去操作markword。
-   为什么JVM这样设计呢?因为这样就避免了每次轻量级锁的开销

### 解锁

-   对于轻量级锁,其性能提升的依据是“对于绝大部分的锁,在整个生命周期内都是不会存在竞争的”,如果打破这个依据则除了互斥的开销外,还有额外的CAS操作,因此在有多线程竞争的情况下,轻量级锁比重量级锁更慢;

image-20211214102418799.png

总结

  • synchronized作为被人诟病的一个设计,在JDK1.6之后真的改版了,不要在拿之前的眼光看待他了。毕竟偏向锁和轻量级锁的引入已经将性能提升了很多了。
  • 偏向锁默认进行,节省调度时间
  • 轻量级锁通过CAS完成等待,省调线程挂起,唤醒等操作
  • 重量级将线程串行化,保障了线程之间的并发
  • 三种状态锁循序渐进给我们适配不同程度的并发需求
分类:
后端
分类:
后端
收藏成功!
已添加到「」, 点击更改