作者:鱼仔
博客首页: https://codeease.top
公众号:Java鱼仔

关于Java多线程锁的升级原理，这篇文章会让你另有收获

2.1 Java对象内存布局

在了解锁升级原理之前我们首先要了解一下Java对象在内存中的布局

对象头用于存储对象的元数据信息，包括运行时数据和类型指针、实例数据存储的是真正有效数据、对齐填充主要补充字节，使得内存所占字节能被8整除。

其中对象头Header占12个字节：Mark Word占8个字节，类型指针class pointer占4个字节（默认经过了压缩，如果不开启压缩占8个字节）

实例对象按实际存储有不同大小，对象为空时等于0。

Padding表示对齐，当此时内存所占字节不能被8整除时补上相应字节数。

2.2 synchronized锁升级

Java中锁升级的最佳实例就是synchronized，之所以要讲上面的内存布局，是因为synchronized把锁信息存放在对象头的MarkWord中。

在早期的jdk版本中，synchronized是一个重量级锁，保证线程的安全但是效率很低。后来对synchronized进行了优化，有了一个锁升级的过程：

无锁态（new）-->偏向锁-->轻量级锁（自旋锁）-->重量级锁

通过MarkWord中的8个字节也就是64位来记录锁信息。

锁升级过程详解： 当给一个对象增加synchronized锁之后，相当于上了一个偏向锁。

当有一个线程去请求时，就把这个对象MarkWord的ID改为当前线程指针ID（JavaThread），只允许这一个线程去请求对象。

当有其他线程也去请求时，就把锁升级为轻量级锁。每个线程在自己的线程栈中生成LockRecord，用CAS自旋操作将请求对象MarkWordID改为自己的LockRecord，成功的线程请求到了该对象，未成功的对象继续自旋。

如果竞争加剧，当有线程自旋超过一定次数时（在JDK1.6之后，这个自旋次数由JVM自己控制），就将轻量级锁升级为重量级锁，线程挂起，进入等待队列，等待操作系统的调度。

2.3 锁消除

说了锁升级过程，有必要说一下说一下锁消除和锁粗化。

在某些情况下，如果JVM认为不需要锁，会自动消除锁，比如下面这段代码：

public void add(String a,String b){
    StringBuffer sb=new StringBuffer();
    sb.append(a).append(b);
}

StringBuffer是线程安全的，但是在这个add方法中stringbuffer是不能共享的资源，因此加锁只会徒增性能消耗，JVM就会消除StringBuffer内部的锁。

2.4 锁粗化

在某些情况下，JVM检测到一连串的操作都在对同一个对象不断加锁，就会将这个锁加到这一连串操作的外部，比如：

StringBuffer sb=new StringBuffer();
while(i<100){
    sb.append(str);
    i++;
}

上述操作StringBuffer每次添加数据都要加锁和解锁，连续100次，这时候JVM就会将锁加到更外层（while）部分。