一个想休息的线程：JVM究竟是怎么处理锁的？怎么不让我阻塞呢？

我是一个线程，生活在JVM（Java虚拟机）中， 这一段日子过得有些无聊，整个世界彷佛只有这一我的，每天忙着执行代码，想休息一下都很难。

 

我据说人类写的代码中有些特殊的地方，叫作临界区，好比synchronized修饰的方法或者代码块，他们很是神奇，在同一时刻JVM老大只容许一个线程进入执行。

 

实际上，老大设置了一把锁，抢到了这把锁就能够执行，不然只能阻塞，等待别人释放锁。

 

老大说，阻塞就是不用干活了，老老实实地等着就行。

 

居然还有这等美事！ 赶忙让我阻塞一次吧。

 

但是老大又说：“每次设置锁我都得和操做系统打交道，请他在内核中维护一个什么Mutex（互斥量）的东西，他还得把大家这些线程阻塞，切换，这但是一笔巨大的费用啊，因此这些锁仍是少用为妙。”

 

我运气也很差，我不知道执行了多少代码，调用了多少函数，居然一次也没遇到临界区!

 

我想也许这个程序员编程时不当心，没有考虑多线程并发的状况； 也有多是这些程序大部分都是无状态的，多少个线程执行都没有问题。

 

因而我只好一直执行下去， 不知道过了多少天，我激动地发现，一个synchronized修饰的代码块终于出现了：

 

Account account = ...

synchronized(account){

    ...临界区的代码...

}

 

偏向锁

 

我满心指望别的线程已经进入了代码块，那我就能够阻塞、休息。

 

即便没有其余线程进入临界区，老大为我申请锁， 也得和操做系统协商什么互斥量，从用户态进入核心态，再从核心态返回用户态，总要花些功夫吧。

 

但是老大根本没有去找操做系统， 只是看了看这个account对象的所谓“对象头”，其中有个叫作Mark Word的东西，彷佛是个什么数据结构， 里边有几个标识位，还有其余数据。

 

 

老大随手使用CAS操做把个人线程ID记录到了这个Mark Word当中，修改了标识位，而后告诉我说： 能够了，你如今拥有这把锁了，进去执行代码吧。

 

 

我惊奇地说：“老大你不和操做系统协商设置Mutex了？”

 

老大说：“不用了，你看如今就你一个线程进入了这个代码块，我只要记录下你的线程ID，就表示你拥有这把锁了，不用操做系统介入。”

 

我得到了锁，开始执行被synchronized包裹的代码块。

 

等到我第二次执行到这个synchronized的时候，老大只是看了一眼锁对象account的Mark Word就说：“你的线程ID还在，还持有着这个对象的锁，进入临界区执行吧。”

 

我连喘口气的机会都没有，只好继续执行。

 

老大说，这叫偏向锁，在没有别的线程竞争的时候，一直偏向我，可让我一直执行下去。

 

我是多么期盼来一个新的线程来和我竞争啊！

 

轻量级锁

 

很快，机会就来了。

 

另一个线程0x3704也要进入这个代码块执行，可是锁对象account 保存的是个人线程ID，他是无法进入临界区的。

 

我心想，咱们两个至少得有一个进入阻塞状态，休息一下子了。

 

可是老大仍是不去操做系统协商，只是说： 我把这个偏向锁升级一下，变成一个轻量级的锁吧。

 

老大把锁对象account恢复成无锁状态，在咱们俩的栈帧中各自分配了一个空间，叫作Lock Record， 把锁对象account的Mark Word在咱们俩这里各自复制了一份，叫作Displaced Mark Word， 这名字真奇怪。

 

而后把个人Lock Record的地址使用CAS放到了Mark Word当中，而且把锁标志位改成00， 这其实就意味着我也已经得到了这个轻量级的锁了，能够继续进入临界区执行。

 

 

0x3704没有得到锁，但仍是不阻塞，老大让他自旋几回，等待一下子。

 

等到我退出临界区，释放锁的时候，须要把这个Displaced markd word 使用CAS复制回去。接下来他就能够加锁了。

 

咱们两个交替着进入临界区，执行这段代码，相安无事，不多出现真正的竞争。

 

即便是出现了竞争，想得到锁的线程只要自旋几回，等待一下子，锁就可能释放了。

 

很明显，若是没有竞争或者轻度的竞争，轻量级锁仅仅使用CAS操做和Lock record就避免了重量级互斥锁的开销，对JVM老大来讲，确实是个好主意。

 

重量级锁

 

轻量级锁运行得挺好，我仍是没有机会休息，终于有这么一天，0x3704 正在持有锁，在临界区辛苦地执行代码。 我自旋了好屡次，0x3704仍是没释放锁。 这时候JVM老大说： 自旋次数太多了，太浪费CPU了，接下来升级为重量级锁！

 

这个重量级锁须要操做系统的帮忙，依赖操做系统底层的Mutex Lock。

 

只见老大建立了一个monitor 对象， 把这个对象的地址更新到了Mark word当中。

 

锁升级了！

 

 

因为0x3704还在持有锁运行，而我终于进入了求之不得的状态：阻塞！  终于能够休息一下了！

 

仔细一想，老大煞费心机地设置了偏向锁和轻量级锁，就是为了不阻塞，避免操做系统的介入， 这两种锁无非就是针对这两种状况：

 

偏向锁： 一般只有一个线程在临界区执行

 

轻量级锁： 能够有多个线程交替进入临界区，在竞争不激烈的时候，稍微自旋等待一下就能得到锁。

 

至于重量级锁，也是我最为期待的锁，那就是出现了激烈的竞争，只好让咱们去阻塞休息了。