java對象頭

Java的鎖狀態(tài)其實(shí)可以分為三種，分別是偏向鎖，輕量級鎖和重量級鎖。

在Java HotSpot VM中，每個對象前面都有一個class指針和一個Mark Word。 Mark Word存儲了哈希值以及分代年齡和標(biāo)記位等，通過這些值的變化，JVM可以實(shí)現(xiàn)對java對象的不同程度的鎖定。

還記得我們之前分享java對象的那張圖嗎？

javaObject對象的對象頭大小根據(jù)你使用的是32位還是64位的虛擬機(jī)的不同，稍有變化。這里我們使用的是64位的虛擬機(jī)為例。

Object的對象頭，分為兩部分，第一部分是Mark Word，用來存儲對象的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)比如：hashcode，GC分代年齡，鎖狀態(tài)，持有鎖信息，偏向鎖的thread ID等等。

在64位的虛擬機(jī)中，Mark Word是64bits，如果是在32位的虛擬機(jī)中Mark Word是32bits。

第二部分就是Klass Word，Klass Word是一個類型指針，指向class的元數(shù)據(jù)，JVM通過Klass Word來判斷該對象是哪個class的實(shí)例。

我們可以看到對象頭中的Mark Word根據(jù)狀態(tài)的不同，存儲的是不同的內(nèi)容。

其中鎖標(biāo)記的值分別是：無鎖=001，偏向鎖=101，輕量級鎖=000，重量級鎖=010。

java中鎖狀態(tài)的變化

為什么java中的鎖有三種狀態(tài)呢？其本質(zhì)原因是為了提升鎖的效率，因?yàn)椴煌闆r下，鎖的力度是不一樣的。

通過設(shè)置不同的鎖的狀態(tài)，從而可以不同的情況用不同的處理方式。

下圖是java中的鎖狀態(tài)的變化圖：

上面的圖基本上列出了java中鎖狀態(tài)的整個生命周期。接下來我們一個一個的講解。

偏向鎖biased locking

一般來說，一個對象被一個線程獲得鎖之后，很少發(fā)生線程切換的情況。也就是說大部分情況下，一個對象只是被一個對象鎖定的。

那么這個時(shí)候我們可以通過設(shè)置Mark word的一定結(jié)構(gòu)，減少使用CAS來更新對象頭的頻率。

為了實(shí)現(xiàn)這樣的目標(biāo)，我們看下偏向鎖的Mark word的結(jié)構(gòu)：

當(dāng)偏向線程第一次進(jìn)入同步塊的時(shí)候，會去判斷偏向鎖的狀態(tài)和thread ID，如果偏向鎖狀態(tài)是1，并且thread ID是空的話，將會使用CAS命令來更新對象的Mark word。

設(shè)置是否偏向鎖=1，鎖標(biāo)記=01,線程ID設(shè)置為當(dāng)前鎖定該對象的線程。

下一次該對象進(jìn)入同步塊的時(shí)候，會先去判斷鎖定的線程ID和當(dāng)前線程ID是否相等，如果相等的話則不需要執(zhí)行CAS命令，直接進(jìn)入同步塊。

如果這個時(shí)候有第二個線程想訪問該對象的同步塊，因?yàn)楫?dāng)前對象頭的thread ID是第一個線程的ID，跟第二個線程的ID不同。

如果這個時(shí)候線程1的同步塊已經(jīng)執(zhí)行完畢，那么需要解除偏向鎖的鎖定。

解除鎖定很簡單，就是將線程ID設(shè)置為空，并且將偏向鎖的標(biāo)志位設(shè)為0，

如果這個時(shí)候線程1的同步塊還在執(zhí)行，那么需要將偏向鎖升級為輕量級鎖。

輕量級鎖thin lock

先看下輕量級鎖的結(jié)構(gòu)：

可以看到Mark word中存放的是棧中鎖記錄的指針和鎖的標(biāo)記=00。

如果對象現(xiàn)在處于未加鎖狀態(tài)，當(dāng)一個線程嘗試進(jìn)入同步塊的時(shí)候，會將把對象頭和當(dāng)前對象的指針拷貝一份，放在線程的棧中一個叫做lock record的地方。

然后JVM通過CAS操作，將對象頭中的指針指向剛剛拷貝的lock record。如果成功，則該線程擁有該對象的鎖。

實(shí)際上Lock Record和Mark word形成了一個互相指向?qū)Ψ降那闆r。

下次這個線程再次進(jìn)入同步塊的時(shí)候，同樣執(zhí)行CAS，比較Mark word中的指針是否和當(dāng)前thread的lock record地址一致，如果一致表明是同一個線程，可以繼續(xù)持有該鎖。

如果這個時(shí)候有第二個線程，也想進(jìn)入該對象的同步塊，也會執(zhí)行CAS操作，很明顯會失敗，因?yàn)閷ο箢^中的指針和lock record的地址不一樣。

這個時(shí)候第二個線程就會自旋等待。

那么第一個線程什么時(shí)候會釋放鎖呢？

輕量級鎖在線程退出同步塊的時(shí)候，同樣需要執(zhí)行CAS命令，將鎖標(biāo)記從00替換成01，也就是無鎖狀態(tài)。

重量級鎖

如果第二個線程自旋時(shí)間太久，就會將鎖標(biāo)記替換成10（重量級鎖），并且設(shè)置重量級鎖的指針，指向第二個線程，然后進(jìn)入阻塞狀態(tài)。

當(dāng)?shù)谝粋€線程退出同步塊的時(shí)候，執(zhí)行CAS命令就會出錯，這時(shí)候第一個線程就知道鎖已經(jīng)膨脹成為重量級鎖了。

第一個線程就會釋放鎖，并且喚醒等待的第二個線程。

第二個線程被喚醒之后，重新爭奪鎖。

我們看下重量級鎖的結(jié)構(gòu)：

三種鎖狀態(tài)的不同

偏向鎖，輕量級鎖和重量級鎖到底有什么不同了？

這里總結(jié)一下，偏向鎖下次進(jìn)入的時(shí)候不需要執(zhí)行CAS命令，只做線程ID的比較即可。

輕量級鎖進(jìn)入和退出同步塊都需要執(zhí)行CAS命令，但是輕量級鎖不會阻塞，它使用的是自旋命令來獲取鎖。

重量級鎖不使用自旋，但是會阻塞線程。！

以上就是詳解JVM系列之對象的鎖狀態(tài)和同步的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于JVM系列之對象的鎖狀態(tài)和同步的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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