偏向鎖 輕量鎖與重量鎖,你真的了解嗎?

2021-10-03 17:24:05 字數 2383 閱讀 6530

在jdk1.6之前,鎖是由c++提供的objectmonitor來維護。objectmonitor 幫我們封裝了阻塞佇列、同步佇列,加鎖,釋放鎖...的複雜流程,其底層呼叫作業系統的函式來實現執行緒同步,以及執行緒切換等操作。在一些併發不高,或者甚至沒有併發的場景下,這些操作很浪費系統資源。所以,jvm對此進行了優化,偏向鎖、輕量鎖也隨之誕生!

jvm是預設開啟偏向鎖,但有5s的延遲。

-xx:+usebiasedlocking:開啟偏向鎖,-xx:-usebiasedlocking:關閉偏向鎖,-xx:biasedlockingstartupdelay=0:設定偏向鎖延遲為0,即關閉延遲。

偏向鎖是基於object的object header中的markword來實現的,64位作業系統中,object header 占用128bit,markwork佔64bit。

圖中前8個位元組即為markword。可看到有個101,其餘都是0,這表示此物件為可偏向但未偏向狀態,可認為是markwork的初始化的某一種情況。為什麼是某一種情況呢?因為偏向鎖是有延遲的,若過了延遲的時間,物件才例項化,就是這種狀態;若再延遲時間內例項化的物件,其狀態是一種不可偏向的無鎖狀態,如下圖:

其中的001,即為不可偏向的無鎖狀態,此狀態是不可偏向的,所以這裡我們研究的是第一種情況,即101。

當執行緒進入同步塊時,markword中會記錄執行緒id,表示物件鎖偏向了此執行緒id的執行緒:

圖三與圖一比,markword中發生了改變,記錄了偏向的執行緒id,當此執行緒id的執行緒再進入同步塊時,只要比對執行緒id相同,即可獲得物件鎖。這也是偏向鎖相對於重量鎖的優化,效能會提公升很多。但若是別的執行緒id來訪問同步塊,則會先撤銷偏向鎖為無鎖,再膨脹為輕量鎖!

特地說明一下,當呼叫了乙個物件的hashcode方法,markword將不再記錄執行緒id,而記錄物件的hashcode值,這會導致偏向鎖不可用!

當乙個執行緒來訪問同步塊時,發現物件頭的markword已偏向了乙個不是自己的執行緒id,則會先撤銷偏向鎖為無鎖,再cas嘗試將markword的前62位(若呼叫過hashcode方法,其中包含物件的hashcode值),替換成本執行緒棧針的lock_record的位址,替換成功,則獲取到鎖,此過程,將鎖膨脹為輕量鎖!來看下輕量鎖的markword:

可發現,markword中清除了之前記錄的lock_record,並還原了之前的62位的資訊(若呼叫過hashcode方法,物件的hashcode值也隨之恢復)以等待其他執行緒來獲取鎖。 此時,物件鎖為無鎖狀態!

但是,若乙個執行緒來獲取鎖,對markword前62位進行cas操作,若此時markword中記錄的是持有鎖的lock_record的位址,那這個執行緒將獲取鎖失敗,接下來進行自旋。若自旋次數超過了設定的閾值,還未cas成功,則會將鎖膨脹為重量級鎖。

上圖中,鎖的狀態變為10,即為重量鎖。當乙個執行緒去獲取物件鎖,發現其狀態為10,則將此執行緒加入到object_monitor的同步佇列中,等待鎖釋放之後去競爭鎖。此時,鎖的效能最低!

我們發現,鎖的膨脹過程,是伴隨著併發度的提公升的。隨著不同的業務場景來使用合適的鎖,以此來提公升jvm的效能!

由於乙個class模板,會生成好多物件。因為偏向鎖->撤銷偏向鎖->無鎖->輕量鎖,這個過程要耗費資源,當超過20個物件執行了這個過程,會進行批量重偏向。過程大致為:class物件的markword的epoch將改為10,並同時這個類的其他還在同步塊的物件的epoch改為10,而不在同步塊的物件不改還為01,執行緒去獲取鎖時,物件的epoch值與class物件的epoch值進行比對,如不一樣,則可進行重偏向,即將偏向鎖的執行緒id變換為另乙個要獲取鎖的執行緒的id。此處,筆者就不再演示。

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