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Java锁升级

Java锁升级

作者: 金泽祺 | 来源:发表于2019-02-01 14:45 被阅读0次

    问题多多,日后再来完善

    2019/3/25修改

    轻量级锁的加锁过程:发现MarkWord已经偏向其他线程,并且锁还没有释放(持有偏向锁的线程处于同步块?),此时把偏向锁升级成轻量级锁。在线程的栈帧里创建一条锁记录(LockRecord),把MarkWord拷贝进去(DisplayedMarkWord),然后修改MarkWord指向锁记录。接着自旋。如果自旋之后还不能获取锁,则膨胀成重量级锁,即修改MarkWord指向monitor对象(互斥变量?)。

    轻量级锁的加锁过程:发现MarkWord已经偏向其他线程,但是锁已经释放,则撤销偏向锁,把MarkWord修改成无锁,接着获取偏向锁。(疑问:偏向锁不能自己解锁?)

    轻量级锁的解锁过程:通过CAS操作把MarkWord改写成DisplacedMarkWord,也就是恢复到偏向锁。如果修改失败则说明已经是重量级锁了。

    Monitor的同步队列包括:

    • 竞争队列ContentionList: 等待锁的所有线程。是一个双向列表,新线程(并发)通过CAS操作放入头部,锁的Owner(单线程)从尾部取线程放入EntryList
    • 候选队列EntryList: Owner把一个线程移入OnDeck
    • OnDeck: 同一时刻只有一个线程在竞争锁
    • Owner: 持有锁的线程
    • WaitSet: 调用了wait()的线程

    基础知识

    Mark Word

    对象头(Object Header)有一部分叫做Mark Word,记录了锁状态

    • 无锁:hash + age + 0 + 01
    • 偏向锁:线程ID + epoch + age + 1 + 01 (只有一个线程在重复请求锁)
    • 轻量级锁:指向栈帧中锁记录的指针 + 00 (竞争线程数量少,锁持有时间短,能通过自旋获取锁)
    • 重量级锁:指向互斥量的指针 + 10 (竞争线程数量多,锁持有时间长)

    Displaced Mark Word

    线程的栈帧(Stack Frame)中有一块空间用于存放锁记录(Lock Record),复制了对象头的Mark Word

    CAS(Compare and Swap)

    乐观锁机制。先比较再修改


    偏向锁升级成轻量级锁

    • 线程A请求锁,发现对象的MarkWord是无锁状态,尝试CAS设置为偏向锁状态,并写入线程A的ID
    • 线程B也来请求锁,发现MarkWord已经是偏向锁状态,检查线程A是否存在
    • 如果此时线程A已经不存在
      • 将MarkWord设置为无锁状态(?)
      • 尝试CAS设置为偏向锁状态,并写入线程B的ID
    • 如果此时线程A存在
      • 暂停线程A
      • 在线程A的栈帧中创建锁记录(Lock Record)
      • 将MarkWord复制到该锁记录中
      • 尝试CAS更新MarkWord,指向该锁记录
      • 更新锁记录的Owner指向MarkWord(?)
      • 设置MarkWord为轻量级锁状态
      • 此时MarkWord与DisplacedMarkWord存储了相同的内容(?)
      • 继续执行线程A
      • 线程B自旋来获取锁

    轻量级锁膨胀成重量级锁

    • 线程A栈帧的锁记录已经复制了MarkWord,并且MarkWord指向了该锁记录
    • 线程B来请求锁,发现MarkWord已经是轻量级锁,尝试自旋(?)
    • 线程B自旋之后还是获取不到锁(?)
      • 更新MarkWord,指向重量级锁(Mutex Lock)(?)
      • 设置MarkWord为重量级锁状态
      • 阻塞线程B
    • 线程A尝试CAS用DisplacedMarkWord替换当前的MarkWord,CAS失败
      • 释放锁
      • 唤醒阻塞的线程

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