偏向锁，轻量级锁，重量级锁的加锁过程

https://blog.csdn.net/lengxiao1993/article/details/81568130

Java SE1.6 为了改善性能， 使得 JVM 会根据竞争情况， 使用如下 3 种不同的锁机制

• 偏向锁（Biased Lock ）
• 轻量级锁（ Lightweight Lock）
• 重量级锁（Heavyweight Lock）

上述这三种机制的切换是根据竞争激烈程度进行的， 在几乎无竞争的条件下， 会使用偏向锁， 在轻度竞争的条件下， 会由偏向锁升级为轻量级锁， 在重度竞争的情况下， 会升级到重量级锁。

1.偏向锁

注意 JVM 提供了关闭偏向锁的机制， JVM 启动命令指定如下参数即可-XX:-UseBiasedLocking


根据偏斜锁机制是否打开， 对象 MarkWord 状态以不同方式转换的过程


无锁 -> 偏向锁

偏向锁的获取方式是将对象头的 MarkWord 部分中， 标记上线程ID， 以表示哪一个线程获得了偏向锁。

1.如果为可偏向状态, 则尝试用 CAS 操作， 将自己的线程 ID 写入MarkWord

• 如果 CAS 操作成功（状态转变为下图）， 则认为已经获取到该对象的偏向锁， 执行同步块代码 。
• 补充： 一个线程在执行完同步代码块以后， 并不会尝试将 MarkWord 中的 thread ID 赋回原值 。这样做的好处是： 如果该线程需要再次对这个对象加锁，而这个对象之前一直没有被其他线程尝试获取过锁，依旧停留在可偏向的状态下， 即可在不修改对象头的情况下， 直接认为偏向成功。

如果 CAS 操作失败， 则说明， 有另外一个线程 Thread B 抢先获取了偏向锁。 这种状态说明该对象的竞争比较激烈， 此时需要撤销 Thread B 获得的偏向锁，将 Thread B 持有的锁升级为轻量级锁。 该操作需要等待全局安全点 JVM safepoint ( 此时间点， 没有线程在执行字节码)。

2.如果是已偏向状态， 则检测 MarkWord 中存储的 thread ID 是否等于当前 thread ID 。

• 如果相等， 则证明本线程已经获取到偏向锁， 可以直接继续执行同步代码块

如果不等， 则证明该对象目前偏向于其他线程， 需要撤销偏向锁

 

偏向锁的撤销（Revoke）

如上文提到的， 偏向锁的撤销（Revoke） 操作并不是将对象恢复到无锁可偏向的状态， 而是在偏向锁的获取过程中， 发现了竞争时， 直接将一个被偏向的对象“升级到” 被加了轻量级锁的状态。 这个操作的具体完成方式如下：

• 在偏向锁 CAS 更新操作失败以后， 等待到达全局安全点。

通过 MarkWord 中已经存在的 Thread Id 找到成功获取了偏向锁的那个线程, 然后在该线程的栈帧中补充上轻量级加锁时， 会保存的锁记录（Lock Record）， 然后将被获取了偏向锁对象的 MarkWord 更新为指向这条锁记录的指针。

 

偏向锁 -> 轻量级锁

从之前的描述中可以看到， 存在超过一个线程竞争某一个对象时， 会发生偏向锁的撤销操作。 有趣的是， 偏向锁撤销后， 对象可能处于两种状态。

一种是不可偏向的无锁状态， 如下图（之所以不允许偏向， 是因为已经检测到了多于一个线程的竞争， 升级到了轻量级锁的机制）

另一种是不可偏向的已锁 ( 轻量级锁) 状态

之所以会出现上述两种状态， 是因为偏向锁不存在解锁的操作， 只有撤销操作。 触发撤销操作时：

• 原来已经获取了偏向锁的线程可能已经执行完了同步代码块， 使得对象处于 “闲置状态”，相当于原有的偏向锁已经过期无效了。此时该对象就应该被直接转换为不可偏向的无锁状态。

原来已经获取了偏向锁的线程也可能尚未执行完同步代码块， 偏向锁依旧有效， 此时对象就应该被转换为被轻量级加锁的状态

 

轻量级加锁过程：

• 首先根据标志位判断出对象状态处于不可偏向的无锁状态( 如下图）
  
• 在当前线程的栈桢（Stack Frame）中创建用于存储锁记录（lock record）的空间，并将对象头中的Mark Word复制到锁记录中，官方称为Displaced Mark Word。如果在此过程中发现，
• 然后线程尝试使用 CAS 操作将对象头中的 Mark Word 替换为指向锁记录的指针。
• • 如果成功，当前线程获得锁
  • 如果失败，表示该对象已经被加锁了， 先进行自旋操作， 再次尝试 CAS 争抢， 如果仍未争抢到， 则进一步升级锁至重量级锁。