《白话》 jvm--锁

参考：https://www.cnblogs.com/deltadeblog/p/9559035.html

https://time.geekbang.org/column/article/13530

https://www.jianshu.com/p/911c112e0c2f

什么是锁对象？？

锁对象就是我们写代码，（）里面写的哪个东西。

他存储在java对象头中。

image.png

结构一般如下：

image.png

如果实现？

代码编译后，在字节码层面，增加了monitorenter和monitorexit关键字。

这两个没换一个指令都会消耗操作数栈上的一个引用类型的元素（就是写代码的时候括号里的引用）作为要加锁的对象。

monitorenter和monitorexit的对应关系是一对多。因为monitoredxit不仅要在正常执行路劲，异常执行路劲也需要释放锁。

那么这个锁对象里面，有一个计数器和一个指向持有该锁的线程的指针。

当计数器为0的时候，来一个线程访问，那么就会把指针指向那个线程，然后计数器加1.

在计数器不是0的情况下，如果还是本线程访问，那么计数器加1，如果访问的不是本线程，该线程就等待。

重量级锁（悲观锁）

重量级锁也就是通常说synchronized的对象锁，锁标识位为10，其中指针指向的是monitor对象（也称为管程或监视器锁）的起始地址。每个对象都存在着一个 monitor 与之关联，对象与其 monitor 之间的关系有存在多种实现方式，如monitor可以与对象一起创建销毁或当线程试图获取对象锁时自动生成，但当一个 monitor 被某个线程持有后，它便处于锁定状态。

由此看来，monitor对象存在于每个Java对象的对象头中(存储的指针的指向)，synchronized锁便是通过这种方式获取锁的，也是为什么Java中任意对象可以作为锁的原因，同时也是notify/notifyAll/wait等方法存在于顶级对象Object中的原因。

这个情况下，会阻塞和唤醒线程。

对于现在大部分实现了posix接口的操作系统，以上操作，都是通过pthread的互斥量mutex实现的。需要内核态和用户态的切换。消耗比较大。

由于阻塞唤醒的成本比较大，jvm会选择不同的策略。

当根据之前经验判断很快能获得锁，就会进行自旋锁。否则就等待策略。

重量级锁是不公平锁，即无法控制先到先得的顺序。

轻量级锁（乐观锁）

什么情况适合使用轻量级锁？？

多个线程在不同的时段请求同意吧锁，也就是没有锁竞争的情况。

什么是mark word？？

对象头中有一段，表示mark work，最后两位用来表示锁状态。00表示轻量级锁，01表示无锁（或偏向锁），10表示重量级锁。11跟垃圾回收算法的标记有关。

轻量级锁的实现原理？？

加锁过程：

当线程请求一个对象的时候，当jvm判断当前对象头中mark word，是不是重量级锁，如果不是，那么会在当前请求线程的栈帧中开辟一块空间，作为该锁的锁记录，也称作Lock Record（Lock Record中存储的mark word称作displayed mark word），然后将对象头的mark word复制到这个Lock Record中。然后，jvm会利用CAS替换当前锁对象中的mark word（假设当前锁对象的标记字段为 X…XYZ，Java 虚拟机会比较该字段是否为 X…X01。如果是，则替换为刚才分配的锁记录的地址。由于内存对齐的缘故，它的最后两位为 00。此时，该线程已成功获得这把锁，可以继续执行了。如果不是 X…X01，那么有两种可能。第一，该线程重复获取同一把锁。此时，Java 虚拟机重入会在线程栈中分配一个Displaced Mark word为null的Lock Record。第二，其他线程持有该锁。此时，Java 虚拟机会将这把锁膨胀为重量级锁，并且阻塞当前线程。），让他指针指向栈的Lock Record，并且让Lock Record的owner指向锁对象的mark word。

为什么JVM选择在线程栈中添加Displaced Mark word为null的Lock Record来表示重入计数呢？

首先锁重入次数是一定要记录下来的，因为每次解锁都需要对应一次加锁，解锁次数等于加锁次数时，该锁才真正的被释放，也就是在解锁时需要用到说锁重入次数的。一个简单的方案是将锁重入次数记录在对象头的mark word中，但mark word的大小是有限的，已经存放不下该信息了。另一个方案是只创建一个Lock Record并在其中记录重入次数，Hotspot没有这样做的原因我猜是考虑到效率有影响：每次重入获得锁都需要遍历该线程的栈找到对应的Lock Record，然后修改它的值。

所以最终Hotspot选择每次获得锁都添加一个Lock Record来表示锁的重入。

解锁过程：

轻量级锁释放时需要将Displaced Mark Word替换到对象头的mark word中

（你可以将一个线程的所有锁记录想象成一个栈结构，每次加锁压入一条锁记录，解锁弹出一条锁记录，当前锁记录指的便是栈顶的锁记录）

先看当前锁记录的值是不是0，如果是，说明是重复进入同一把锁，直接弹出这个锁记录，如果不是0，Java 虚拟机会尝试用 CAS 操作，比较锁对象的标记字段的值是否为当前锁记录的地址。如果是，则替换为锁记录中的值，也就是锁对象原本的标记字段。此时，该线程已经成功释放这把锁。如果不是，则意味着这把锁已经被膨胀为重量级锁。此时，Java 虚拟机会进入重量级锁的释放过程，唤醒因竞争该锁而被阻塞了的线程。