这三种锁是指锁的状态,并且是专门针对同步关键字.JDK 1.6为了减少“重量级锁”的性能消耗,引入了“偏向锁”和“轻量级锁”,锁一共拥有4种状态:无锁状态,偏向锁,轻量级锁,重量级锁,锁状态是通过对象头的标志词来进行标记的:
锁可以升级但不能降级,意味着偏向锁升级成轻量级锁后不能降级成偏向锁,这种锁升级却不能降级的策略,是为了提高获得锁和释放锁的效率
重量级锁:依赖于底层操作系统的互斥锁,线程会被阻塞住
缺点:加锁和解锁需要从用户态切换到内核态,性能消耗较大
轻量级锁:基于重量级锁进行了优化(避免上下文切换,提高了性能),它假设多线程竞争是互相错开的,不会发生线程阻塞,呢么上下文切换就是多余的
第一个特点:采用了中科院操作加锁和解锁,由于轻量级锁的锁记录(锁记录)是存放在对象头和线程空间里的,因此加锁和解锁不需要上下文切换,性能消耗较小
第二个特点:一旦发生多线程竞争,首先基于“自旋锁”思想,自旋CPU循环等待一段时间,不会发生上下文切换,如果还是无法获得锁,就将锁升级为重量级锁
偏向锁:基于轻量级锁进行了优化(减少多次的加锁和解锁,提高了性能),它假设整个过程只有一个线程获得锁,呢么多次的加锁和解锁就是多余的
特点:在第一次获得锁之后不会释放锁,它会一直持有锁,后续进入锁时只需检查一下锁状态和偏向线程ID是否为自己,从而省去了多次的加锁和解锁
<强> 1。偏向锁
获取锁:
检测对象头的标志词是否为可偏向状态(即是否为偏向锁,锁标志位是否为01),如果不是,尝试竞争锁:尝试CAS操作将标志词的线程ID设置为当前线程ID,以表示线程获得锁,如果失败说明锁已被占用
若为可偏向状态,则检查线程ID是否为当前线程ID,如果是则表示当前线程已经持有锁(锁的可重入),否则说明锁已被占用
如果锁已被占用,只能撤销偏向锁为无锁状态或轻量级锁
释放锁:(偏向锁使用了一种等到竞争出现才释放锁的机制,线程是不会主动释放偏向锁的,只有当其他线程竞争偏向锁时,持有偏向锁的线程才会释放锁)
偏向锁的撤销需要等待全局安全点(在这个时间点没有正在执行的字节码),暂停拥有偏向锁的线程,检查持有偏向锁的线程是否还活着
如果线程挂了,则将对象头设置成无锁状态,如果线程仍然活着,则将对象头设置为轻量级锁(锁的升级),最终轻量级锁一定会被释放
<强> 2。轻量级锁
获取锁:
检测对象头的标志词是否为轻量级锁(锁标志位为00),如果不是,尝试竞争锁:JVM首先在当前线程的栈帧中建立一个锁记录(锁记录),用于备份存储对象头的标志词(官方把这份拷贝加了一个流离失所的前缀,称为流离失所的标志词),然后JVM尝试CAS操作将标志词更新为指向锁定记录的指针,以表示线程获得锁,如果失败说明锁已被占用
若为轻量级锁,判断对象头的标志词是否指向当前线程的栈帧的锁记录,如果是则表示当前线程已经持有锁(锁的可重入),否则说明锁已被占用
如果锁已被占用,当前线程便尝试自旋CPU来获取锁,自旋一定次数后轻量级锁会膨胀为重量级锁(锁标志位变成10),线程进入阻塞
释放锁:
尝试CAS操作将流离失所的标志词中替换回对象头,如果成功,说明轻量级锁释放成功
如果CAS操作失败,说明存在锁竞争,锁已经膨胀成重量级锁,需要在释放锁的同时唤醒那些被挂起的线程
<强> 3。重量级锁
重量级锁依赖于底层操作系统的互斥锁,所有线程都会被阻塞住,线程之间的切换需要从用户态到内核态,切换成本非常高。
总结:锁的优缺点对比
锁 优点 缺点 适用场景 偏向锁(偏向锁) 加锁和解锁不需要额外的消耗,和执行非同步方法相比仅存在纳秒级的差距 如果线程间存在锁竞争,会带来额外的锁撤销 适用于只有一个线程访问 轻量级锁(轻量级锁) 竞争的线程不会阻塞,提高了程序的响应速度 对于得不到锁的线程,自旋会消耗CPU 追求响应时间,或者要求临界区简短,自旋不会占用CPU过久 重量级重量级锁(锁) 线程竞争不使用自旋,不会消耗CPU资源 线程阻塞,响应时间缓慢 追求吞吐量
