轻量级锁
最后更新于
轻量级锁是 JDK 6 时加入的新型锁机制,它名字中的“轻量级”是相对于使用操作系统互斥量来实现的传统锁而言的,因此传统的锁机制就被称为“重量级”锁。
轻量级锁并不是用来代替重量级锁的,它设计的初衷是在没有多线程竞争的前提下,减少传统的重量级锁使用操作系统互斥量产生的性能消耗。
对象除了未被锁定的正常状态外,还有轻量级锁定、重量级锁定、GC 标记、可偏向等几种不同状态,这些状态下对象头的存储内容如下图所示:
在代码即将进入同步块的时候,如果此同步对象没有被锁定(锁标志位为“01”状态),虚拟机首先将在当前线程的栈帧中建立一个名为锁记录(Lock Record)的空间,用于存储锁对象目前的 Mark Word 的拷贝(官方为这份拷贝加了一个 Displaced 前缀,即 Displaced Mark Word)。
然后,虚拟机将使用 CAS 操作尝试把对象的 Mark Word 更新为指向 Lock Record 的指针。
如果这个更新动作成功了,即代表该线程拥有了这个对象的锁,并且对象 Mark Word 的锁标志位(Mark Word 的最后两个比特)将转变为“00”,表示此对象处于轻量级锁定状态。
如果这个更新操作失败了,那就意味着至少存在一条线程与当前线程竞争获取该对象的锁。虚拟机首先会检查对象的 Mark Word 是否指向当前线程的栈帧,如果是,说明当前线程已经拥有了这个对象的锁,那直接进入同步块继续执行就可以了,否则就说明这个锁对象已经被其他线程抢占了。
如果出现两条以上的线程争用同一个锁的情况,那轻量级锁就不再有效,必须要膨胀为重量级锁,锁标志的状态值变为“10”,此时 Mark Word 中存储的就是指向重量级锁(互斥量)的指针,后面等待锁的线程也必须进入阻塞状态。
轻量级锁的解锁过程也同样是通过 CAS 操作来进行的,如果对象的 Mark Word 仍然指向线程的锁记录,那就用 CAS 操作把对象当前的 Mark Word 和线程中复制的 Displaced Mark Word 替换回来:
假如能够成功替换,那整个同步过程就顺利完成了;
如果替换失败,则说明有其他线程尝试过获取该锁,就要在释放锁的同时,唤醒被挂起的线程。
轻量级锁能提升程序同步性能的依据是“对于绝大部分的锁,在整个同步周期内都是不存在竞争的”这一经验法则。
如果没有竞争,轻量级锁便通过 CAS 操作成功避免了使用互斥量的开销;但如果确实存在锁竞争,除了互斥量的本身开销外,还额外发生了 CAS 操作的开销。因此在有竞争的情况下,轻量级锁反而会比传统的重量级锁更慢。