synchronized锁升级之无锁和偏向锁-筱晶IT知识库

其实在 JDK 1.6之前，synchronized 还是一个重量级锁，是一个效率比较低下的锁，但是在JDK 1.6后，Jvm为了提高锁的获取与释放效率对（synchronized ）进行了优化，引入了偏向锁和轻量级锁，从此以后锁的状态就有了四种（无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁），并且四种状态会随着竞争的情况逐渐升级，而且是不可逆的过程，即不可降级。

本文先介绍synchronized锁升级之无锁和偏向锁，后续详细介绍下synchronized锁升级过程。

无锁

为了优化synchronized锁的效率，在JDK6中，HotSpot虚拟机开发团队提出了锁升级的概念，包括偏向锁、轻量级锁、重量级锁等，锁升级指的就是“无锁 --> 偏向锁 --> 轻量级锁 --> 重量级锁”。

synchronized同步锁相关信息保存到锁对象的对象头里面的Mark Word中，锁升级功能主要是依赖Mark Word中锁标志位和是否偏向锁标志位来实现的。

从上图我们可以看到，无锁对应的锁标志位是“01”，是否偏向锁标志是“0”。

public class NoLock {
    public static void main(String[] args) {
        Object objLock = new Object();
        // 需要注意，只有调用了hashCode()，对象头中的MarkWord才会保存对应的hashCode值，否则全部是0
        System.out.println("10进制: " + objLock.hashCode());
        System.out.println("2进制: " + Integer.toBinaryString(objLock.hashCode()));
        System.out.println("16进制: " + Integer.toHexString(objLock.hashCode()));
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(objLock).toPrintable());
    }
}

MarkWord对象头总共占8个字节，共64位，我们按照上图中“1 -> 8”，也就是从后面往前面拼接起来：

00000000 00000000 00000000 01110100 10100001 01000100 10000010 00000001

● 红色字体：25位，不使用；

● 蓝色字体：31位，表示对象的hashCode，可以看到，跟程序输出结果对应的上；

● 橙色字体：1位，不使用；

● 青色字体：4位，对象的分代年龄；

● 紫色字体：1位，表示对象是否启用偏向锁标记。为1时表示对象启用偏向锁，为0时表示对象没有偏向锁；本示例中，是无锁，所以是0；

● 黄色字体：2位，表示锁状态的标记位；本示例中，是无锁，所以是01；

偏向锁

什么是偏向锁？

HotSpot作者经过研究实践发现，在大多数情况下，锁不仅不存在多线程竞争，而且总是由同一线程多次获得，为了让线程获得锁的代价更低，引进了偏向锁。

偏向锁的“偏”，它的意思是锁会偏向于第一个获得它的线程，会在对象头（Mark Word中）记录锁偏向的线程ID，以后该线程进入和退出同步块时只需要检查是否为偏向锁、锁标志位以及ThreadID即可。

如下图是偏向锁对象头MarkWord布局：

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