synchronized 锁的升级原理是什么?

2019-09-22   阅读(246)  

锁的级别从低到高:

无锁 -> 偏向锁 -> 轻量级锁 -> 重量级锁

 

锁分级别原因:

没有优化以前,sychronized是重量级锁(悲观锁),使用 wait 和 notify、notifyAll 来切换线程状态非常消耗系统资源;线程的挂起和唤醒间隔很短暂,这样很浪费资源,影响性能。所以 JVM 对 sychronized 关键字进行了优化,把锁分为 无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁 状态。

 

无锁:没有对资源进行锁定,所有的线程都能访问并修改同一个资源,但同时只有一个线程能修改成功,其他修改失败的线程会不断重试直到修改成功。

 

偏向锁:对象的代码一直被同一线程执行,不存在多个线程竞争,该线程在后续的执行中自动获取锁,降低获取锁带来的性能开销。偏向锁,指的就是偏向第一个加锁线程,该线程是不会主动释放偏向锁的,只有当其他线程尝试竞争偏向锁才会被释放。

偏向锁的撤销,需要在某个时间点上没有字节码正在执行时,先暂停拥有偏向锁的线程,然后判断锁对象是否处于被锁定状态。如果线程不处于活动状态,则将对象头设置成无锁状态,并撤销偏向锁;

如果线程处于活动状态,升级为轻量级锁的状态。

 

轻量级锁:轻量级锁是指当锁是偏向锁的时候,被第二个线程 B 所访问,此时偏向锁就会升级为轻量级锁,线程 B 会通过自旋的形式尝试获取锁,线程不会阻塞,从而提高性能。

当前只有一个等待线程,则该线程将通过自旋进行等待。但是当自旋超过一定的次数时,轻量级锁便会升级为重量级锁;当一个线程已持有锁,另一个线程在自旋,而此时又有第三个线程来访时,轻量级锁也会升级为重量级锁。

 

重量级锁:指当有一个线程获取锁之后,其余所有等待获取该锁的线程都会处于阻塞状态。

重量级锁通过对象内部的监视器(monitor)实现,而其中 monitor 的本质是依赖于底层操作系统的 Mutex Lock 实现,操作系统实现线程之间的切换需要从用户态切换到内核态,切换成本非常高。

 

锁状态对比:

 

偏向锁

轻量级锁

重量级锁

适用场景

只有一个线程进入同步块

虽然很多线程,但是没有冲突:多条线程进入同步块,但是线程进入时间错开因而并未争抢锁

发生了锁争抢的情况:多条线程进入同步块并争用锁

本质

取消同步操作

CAS操作代替互斥同步

互斥同步

优点

不阻塞,执行效率高(只有第一次获取偏向锁时需要CAS操作,后面只是比对ThreadId)

不会阻塞

不会空耗CPU

缺点

适用场景太局限。若竞争产生,会有额外的偏向锁撤销的消耗

长时间获取不到锁空耗CPU

阻塞,上下文切换,重量级操作,消耗操作系统资源

 

部分内容摘自:

http://www.jetchen.cn/synchronized-status/

https://www.liangzl.com/get-article-detail-17940.html

 

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