Java锁膨胀

前言

到这里，大家应该都知道，Java中都有哪些锁，做什么用的了；

那么，不知道大家有没有听过Java锁的膨胀机制？

synchronized

JDK1.6 前只有重量级锁，JDK1.6之后，jvm对其进行优化，增加了偏向锁和轻量级锁（这两种锁咱们在上一篇已经解释过了，就不在复述了）；

对象头

了解锁膨胀之前，咱们需要先了解下对象头；

在JVM的实现中每一个对象都会有一个对象头，它是用于保存对象的系统信息，对象头中有一个官方称为 MarkDown 的部分，他就是实现各种锁的关键；

在32位系统里，MarkDown 是32位的数据，64位系统中是64位的数据；

存放了对象的哈希值、对象年龄、锁的指针等等信息，总之就是一个对象的锁是否被占用、占用的是哪种锁，就记录在MarkDown中；

synchronized 升级之一阶段（偏向锁）

当线程访问同步代码块并获取锁时，会在 Mark Word 里存储锁偏向的线程 ID；

在线程进入和退出同步块时不再通过 CAS 操作来加锁和解锁，而是检测 Mark Word 里是否存储着指向当前线程的偏向锁；

偏向锁只有遇到其他线程尝试竞争偏向锁时，持有偏向锁的线程才会释放锁，线程是不会主动释放偏向锁的；

偏向锁的撤销：

1. 在某个时间点上没有字节码正在执行时，它会先暂停拥有偏向锁的线程，然后判断锁对象是否处于被锁定状态
2. 线程不处于活动状态，则将对象头设置成无锁状态，并撤销偏向锁，恢复到无锁（标志位为01）或轻量级锁（标志位为00）的状态

JVM 参数:

关闭偏向锁：-XX:-UseBiasedLocking=false，关闭之后程序默认会进入轻量级锁状态

synchronized 升级之二阶段（轻量级锁）

轻量级锁是指当锁是偏向锁的时候，却被另外的线程所访问，此时偏向锁就会升级为轻量级锁，其他线程会通过自旋的形式尝试获取锁，线程不会阻塞，从而提高性能；

升级过程：

1. 线程在自己的栈桢中创建锁记录 LockRecord
2. 将锁对象的对象头中的MarkWord复制到线程的刚刚创建的锁记录中
3. 将锁记录中的Owner指针指向锁对象
4. 将锁对象的对象头的MarkWord替换为指向锁记录的指针，并将对象 Mark Word 的锁标志位设置为“00”，表示此对象处于轻量级锁定状态

出现轻量级锁的两种情况：

1. 当关闭偏向锁功能时
2. 多个线程竞争偏向锁导致偏向锁升级为轻量级锁

轻量级锁: CAS 操作和自旋来解决加锁问题，避免线程阻塞和唤醒而影响性能；

轻量级锁再次膨胀情况：

1. 若当前只有一个等待线程，则该线程将通过自旋进行等待。但是当自旋超过一定的次数时，轻量级锁便会升级为重量级锁
2. 当一个线程已持有锁，另一个线程在自旋，而此时又有第三个线程来访时，轻量级锁也会升级为重量级锁

synchronized 升级之三阶段（重量级锁）

重量级锁是依赖对象内部的monitor锁来实现的，而monitor又依赖操作系统的MutexLock(互斥锁)来实现的，所以重量级锁也被成为互斥锁；

当有一个线程获取重量级锁之后，其余所有等待获取该锁的线程都会处于阻塞状态，操作系统实现线程之间的切换需要从用户态切换到内核态，而转换状态是需要消耗很多时间的，有可能比用户执行代码的时间还要长，所以它的切换成本非常高，这同时也说明了为什么重量级线程开销很大的原因；

总结

通过上面的分析，我们知道了 synchronized 锁的演变过程，这就告诉我们，假如一开始就知道某个同步代码块的竞争很激烈，那么一开始就应该使用重量级锁了，节省掉一些锁转换的开销。