synchronized的偏向锁、轻量级锁、重量级锁
对象的组成结构
在java对象中,一个对象的组成元素有:对象头、实例数据、对齐填充位。
其中实例数据就是我们定义的属性、方法等,对齐填充位是因为java中设定每个对象的大小必须是8bit的倍数,当不足时对齐填充位用于留空填充。
而在对象头中,存储着对象在运行期间的相关信息,组成元素包括:
- 标记位(Mark Word):标记位用于存储对象的状态信息,如锁状态、GC标记等。
- 类型指针(Class Pointer):类型指针指向对象所属的类元数据(Class Metadata)。通过类型指针,虚拟机可以确定对象的具体类型,从而支持动态分派和方法的调用。
- 数组长度(Array Length):仅对数组对象生效,用于记录数组的长度。
- 对齐填充(Padding):由于虚拟机的内存分配基于字节对齐的原则,对象头需要进行填充以保持对齐。
锁升级
标记位(Mark Word)在64位虚拟机中的分布如下:
在 jdk1.6之后,synchronized 的锁优化将锁的状态分为无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁。
在多线程并发的环境下,synchronized 会自动优化进行锁升级(只能升级不能降级)。
- 偏向锁:在锁对象的对象头中记录一下当前获取到该锁的线程ID,该线程下次如果又来获取该锁就可以直接获取到锁,无需排队等待。
- 轻量级锁:由偏向锁升级而来,当一个线程获取到锁后,此时这把锁是偏向锁,此时如果有第二个线程来竞争锁,偏向锁就会升级为轻量级锁,之所以叫轻量级锁,是为了和重量级锁区分开来,轻量级锁底层是通过自旋来实现的,并不会阻塞线程。
- 重量级锁:如果自旋次数过多仍然没有获取到锁,则会升级为重量级锁,重量级锁会导致线程阻塞。
- 自旋锁:自旋锁就是线程在获取锁的过程中,不会去阻塞线程,也就无所谓唤醒线程,阻塞和唤醒这两个步骤都是需要操作系统去进行的,比较消耗时间,自旋锁是线程通过CAS获取预期的一个标记,如果没有获取到,则继续循环获取,如果获取到了则表示获取到了锁,这个过程线程一直在运行中,相对而言没有使用太多的操作系统资源,比较轻量。