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Java synchronized偏向鎖的概念與使用

更新時(shí)間：2023年02月13日 08:45:43 作者：每天都要進(jìn)步一點(diǎn)點(diǎn)

因?yàn)樵谖覀儗懙某绦虍?dāng)中可能會(huì)經(jīng)常使用到synchronized關(guān)鍵字，因此JVM對(duì)synchronized做出了很多優(yōu)化，而在本篇文章當(dāng)中我們將仔細(xì)介紹JVM對(duì)synchronized的偏向鎖的細(xì)節(jié)

一、什么是偏向鎖

HotSpot作者經(jīng)過研究實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在大多數(shù)情況下，鎖不僅不存在多線程競(jìng)爭(zhēng)，而且總是由同一線程多次獲得，為了讓線程獲得鎖的代價(jià)更低，引進(jìn)了偏向鎖。

偏向鎖的“偏”，它的意思是鎖會(huì)偏向于第一個(gè)獲得它的線程，會(huì)在對(duì)象頭（Mark Word中）存儲(chǔ)鎖偏向的線程ID，以后該線程進(jìn)入和退出同步塊時(shí)只需要檢查是否為偏向鎖、鎖標(biāo)志位以及ThreadID即可。

如下圖是偏向鎖對(duì)象頭MarkWord布局：

二、偏向鎖原理

偏向鎖總是被第一個(gè)占用它的線程擁有，這個(gè)線程就是鎖的偏向線程。在偏向鎖的MarkWord中，就有一塊區(qū)域用來記錄偏向線程的ID，這個(gè)是在鎖第一次被擁有的時(shí)候記錄的。

因?yàn)橛涗浟似蚓€程ID，那么后續(xù)如果這個(gè)偏向線程進(jìn)入和退出同步代碼塊的時(shí)候，就不需要再次加鎖和解鎖。

偏向鎖再次進(jìn)入同步代碼塊，是如何保證不需要再次加鎖的？

偏向鎖的線程會(huì)檢查鎖對(duì)象的MarkWord中是不是存放著自己的線程ID。

相等

表示偏向鎖現(xiàn)在就是偏向當(dāng)前線程的，無(wú)需再嘗試獲得鎖。以后每次同步，都會(huì)檢查鎖的偏向線程ID與當(dāng)前線程ID是否一致，一致就直接進(jìn)入同步，省去了CAS去更新對(duì)象頭的操作，提高了鎖的性能。

不相等

表示偏向鎖現(xiàn)在不是偏向當(dāng)前線程的，此時(shí)發(fā)生了競(jìng)爭(zhēng)，這時(shí)候當(dāng)前線程就會(huì)嘗試CAS去更新鎖對(duì)象MarkWord中線程ID，嘗試指定為自己的線程。此時(shí)也有兩種情況：

1)、更新成功：表示已經(jīng)將鎖對(duì)象MarkWord中的線程ID替換為自己的線程ID，之前的線程可能剛好運(yùn)行完，這時(shí)候鎖重新偏向?yàn)楫?dāng)前線程，這種情況下，不會(huì)發(fā)生鎖升級(jí)，鎖仍然為偏向鎖，只是偏向線程換成了另外一個(gè)線程；

2)、更新失?。罕硎局暗木€程還在持有鎖，那么當(dāng)前線程只能一直CAS，當(dāng)達(dá)到一定次數(shù)后，如果還沒CAS成功，那么就會(huì)發(fā)生【偏向鎖 -> 輕量級(jí)鎖】的鎖升級(jí)過程。

注意，偏向鎖只有遇到其它線程嘗試競(jìng)爭(zhēng)偏向鎖時(shí)，持有偏向鎖的線程才會(huì)釋放鎖，線程不會(huì)主動(dòng)釋放偏向鎖的。

三、偏向鎖演示

public class BiasedLockDemo01 {
    public static void main(String[] args) {
        Object objLock = new Object();
        new Thread(() -> {
            synchronized (objLock) {
                System.out.println(ClassLayout.parseInstance(objLock).toPrintable());
            }
        }, "t1").start();
    }
}

如上我們看到，markword的倒數(shù)三位是000，根據(jù)前面的圖，000表示的是輕量級(jí)鎖，此時(shí)只有一個(gè)線程訪問，為什么輸出來的不是偏向鎖標(biāo)識(shí)101呢？

原因其實(shí)是偏向鎖在Java 6之后是默認(rèn)啟用的，但在應(yīng)用程序啟動(dòng)幾秒鐘（默認(rèn)延遲4秒）之后才會(huì)激活，可以使用 -XX:BiasedLockingStartupDelay=0參數(shù)關(guān)閉延遲，讓其在程序啟動(dòng)時(shí)立刻啟動(dòng)。當(dāng)然為了演示，也可以在程序中休眠5秒，等待偏向鎖激活后。

下面我們添加運(yùn)行時(shí)JVM參數(shù)，再次啟動(dòng)程序，觀察內(nèi)存布局：

可以看到關(guān)閉偏向鎖延遲后，當(dāng)前鎖就是偏向鎖了。

四、偏向鎖的處理流程

當(dāng)線程第一次訪問同步塊并獲取鎖時(shí)，偏向鎖處理流程如下：

1)、虛擬機(jī)將會(huì)把對(duì)象頭中的是否偏向鎖標(biāo)志位設(shè)為“1”，即偏向模式；

2)、使用CAS操作把獲取到這個(gè)鎖的線程的ID記錄在對(duì)象的Mark Word之中，如果CAS操作成功，持有偏向鎖的線程以后每次進(jìn)入這個(gè)鎖相關(guān)的同步塊時(shí)，虛擬機(jī)都可以不再進(jìn)行任何同步操作，效率極高；

五、偏向鎖的撤銷

前面提到，大部分情況下，鎖都是被同一個(gè)線程獲取到，持有偏向鎖的線程不會(huì)主動(dòng)釋放鎖。那么大部分情況下，不會(huì)涉及到偏向鎖的撤銷，當(dāng)有另外的線程嘗試競(jìng)爭(zhēng)偏向鎖的時(shí)候，這個(gè)時(shí)候才會(huì)涉及偏向鎖的撤銷流程。

舉個(gè)例子，有線程A、線程B兩個(gè)線程競(jìng)爭(zhēng)獲取鎖，鎖大部分情況下都被線程A持有，此時(shí)鎖偏向于線程A，這樣線程A每次進(jìn)入/退出同步代碼塊，都無(wú)需再次加鎖，只需判斷MarkWord中保存的線程ID是否等于自己的線程ID。

線程A不會(huì)主動(dòng)釋放偏向鎖，當(dāng)運(yùn)行了一段時(shí)間后，突然線程B過來嘗試競(jìng)爭(zhēng)這個(gè)偏向鎖了，此時(shí)持有偏向鎖的線程A會(huì)發(fā)生偏向鎖的撤銷。

偏向鎖的撤銷需要等待全局安全點(diǎn)（這個(gè)時(shí)間點(diǎn)沒有代碼正在執(zhí)行），同時(shí)會(huì)檢查持有偏向鎖的線程A是否還在執(zhí)行：

1)、線程A還是同步代碼塊中運(yùn)行：發(fā)生【偏向鎖 -> 輕量級(jí)鎖】的升級(jí)過程。此時(shí)輕量級(jí)鎖由原持有偏向鎖的線程A持有，繼續(xù)執(zhí)行其同步代碼，而正在競(jìng)爭(zhēng)的線程B會(huì)在外面CAS自旋等待獲取這個(gè)輕量級(jí)鎖。

2)、線程A剛好執(zhí)行完成同步代碼塊：則會(huì)將對(duì)象頭MarkWord設(shè)置為無(wú)鎖狀態(tài)并撤銷偏向鎖，然后鎖重新偏向到線程B，注意，這里會(huì)修改MarkWord中線程ID保存為線程B的線程ID。

流程圖大體如下：

六、偏向鎖的好處

偏向鎖是在只有一個(gè)線程執(zhí)行同步塊時(shí)進(jìn)一步提高性能，適用于一個(gè)線程反復(fù)獲得同一個(gè)鎖的情況。偏向鎖可以提高帶有同步但無(wú)競(jìng)爭(zhēng)的程序性能。它并不一定總是對(duì)程序運(yùn)行有利，如果程序中大多數(shù)的鎖總是被多個(gè)不同的線程訪問比如線程池，那偏向模式就是多余的，反而會(huì)影響效率。

注意，在JDK15中，已經(jīng)廢棄偏向鎖。目前還是使用JDK1.8居多，所以我們還是有必要了解一下偏向鎖。

到此這篇關(guān)于Java synchronized偏向鎖的概念與使用的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java synchronized偏向鎖內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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