java對(duì)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(jí)鎖和重量級(jí)鎖。

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

還記得我們之前分享java對(duì)象的那張圖嗎？

javaObject對(duì)象的對(duì)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(duì)象頭，分為兩部分，第一部分是Mark Word，用來(lái)存儲(chǔ)對(duì)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(gè)類(lèi)型指針，指向class的元數(shù)據(jù)，JVM通過(guò)Klass Word來(lái)判斷該對(duì)象是哪個(gè)class的實(shí)例。

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

其中鎖標(biāo)記的值分別是：無(wú)鎖=001，偏向鎖=101，輕量級(jí)鎖=000，重量級(jí)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(guò)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(gè)生命周期。接下來(lái)我們一個(gè)一個(gè)的講解。

偏向鎖biased locking

一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)對(duì)象被一個(gè)線程獲得鎖之后，很少發(fā)生線程切換的情況。也就是說(shuō)大部分情況下，一個(gè)對(duì)象只是被一個(gè)對(duì)象鎖定的。

那么這個(gè)時(shí)候我們可以通過(guò)設(shè)置Mark word的一定結(jié)構(gòu)，減少使用CAS來(lái)更新對(duì)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(huì)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(huì)使用CAS命令來(lái)更新對(duì)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(duì)象的線程。

下一次該對(duì)象進(jìn)入同步塊的時(shí)候，會(huì)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(gè)時(shí)候有第二個(gè)線程想訪問(wèn)該對(duì)象的同步塊，因?yàn)楫?dāng)前對(duì)象頭的thread ID是第一個(gè)線程的ID，跟第二個(gè)線程的ID不同。

如果這個(gè)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(jiǎn)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(gè)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(jí)為輕量級(jí)鎖。

輕量級(jí)鎖thin lock

先看下輕量級(jí)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(duì)象現(xiàn)在處于未加鎖狀態(tài)，當(dāng)一個(gè)線程嘗試進(jìn)入同步塊的時(shí)候，會(huì)將把對(duì)象頭和當(dāng)前對(duì)象的指針拷貝一份，放在線程的棧中一個(gè)叫做lock record的地方。

然后JVM通過(guò)CAS操作，將對(duì)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(duì)象的鎖。

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

下次這個(gè)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(gè)線程，可以繼續(xù)持有該鎖。

如果這個(gè)時(shí)候有第二個(gè)線程，也想進(jìn)入該對(duì)象的同步塊，也會(huì)執(zhí)行CAS操作，很明顯會(huì)失敗，因?yàn)閷?duì)象頭中的指針和lock record的地址不一樣。

這個(gè)時(shí)候第二個(gè)線程就會(huì)自旋等待。

那么第一個(gè)線程什么時(shí)候會(huì)釋放鎖呢？

輕量級(jí)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(wú)鎖狀態(tài)。

重量級(jí)鎖

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

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

第一個(gè)線程就會(huì)釋放鎖，并且喚醒等待的第二個(gè)線程。

第二個(gè)線程被喚醒之后，重新?tīng)?zhēng)奪鎖。

我們看下重量級(jí)鎖的結(jié)構(gòu)：

三種鎖狀態(tài)的不同

偏向鎖，輕量級(jí)鎖和重量級(jí)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(jí)鎖進(jìn)入和退出同步塊都需要執(zhí)行CAS命令，但是輕量級(jí)鎖不會(huì)阻塞，它使用的是自旋命令來(lái)獲取鎖。

重量級(jí)鎖不使用自旋，但是會(huì)阻塞線程。！

以上就是詳解JVM系列之對(duì)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(duì)象的鎖狀態(tài)和同步的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！