Java Lock

锁分类

• 公平锁/非公平锁

  • 公平锁 入锁前如果阻塞会自动排队到链表最后面；

    public ReentrantLock(boolean fair) {
        sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
    }

  • 非公平锁 谁先抢到，谁先执行；优势为吞吐量较公平锁大，Synchronized为公平锁；

• 可重入锁

  • 可重入锁又名递归锁，是指在同一个线程在外层方法获取锁的时候，在进入内层方法会自动获取锁。

  • ReentrantLock 和 Synchronized 是可重入锁

  • Code View

    synchronized void setA() throws Exception{
        Thread.sleep(1000);
        setB();
    }
    
    synchronized void setB() throws Exception{
        Thread.sleep(1000);
    }

• 独享锁/共享锁（排它锁）

  • 独享锁是指该锁一次只能被一个线程所持有。ReentrantLock & Synchronized & ReentrantReadWriteLock writeLock().lock()

  • 共享锁与独占锁相反，可被多个线程持有。ReentrantReadWriteLock readLock().lock()

    `

• 互斥锁 / 读写锁

  • 互斥锁：与独享锁同义，一次仅限一个线程（如 ReentrantLock）。

  • 读写锁：读共享、写排它（如 ReentrantReadWriteLock）。

• 乐观锁 / 悲观锁

  • 悲观锁：默认加锁后再做操作，典型如 Synchronized、ReentrantLock。

  • 乐观锁：无锁操作前先检查冲突，常见于 CAS。

• 分段锁

  • 典型示例 ConcurrentHashMap（JDK 1.7 以前），将数据分段，锁粒度更细，减少锁冲突。

• 偏向锁/轻量级锁/重量级锁

在 HotSpot JVM 中，一个对象的内存布局通常可分为 3 部分：

1. 对象结构

1. 对象头（Object Header）

   • Mark Word

     • 64 位（在 64 位 JVM 下）。

     • 存储对象自身的状态信息（HashCode、GC 分代年龄、锁标记位、偏向锁线程 ID 等）。

   • 类型指针（Klass Pointer）

     • 指向对象所属的类元数据（Klass 结构）。

     • 由于开启了压缩指针（Compressed Oops），常用 32 位存储，然后在访问时进行解压。

2. 实例数据：对象实际字段（含父类继承的字段）。

3. 对齐填充：满足 8 字节对齐的要求。

2. Mark Word 典型布局

以下是一种常见的 64 位 Mark Word 分布（无锁、已计算 HashCode 场景）示例，实际布局可能因 JVM 版本/配置略有不同：

位分布（从高位到低位）	含义
25 bit	存储对象的 25 位 HashCode
4 bit	对象的分代年龄（GC Age）
1 bit	偏向锁标志（Biased Lock）
2 bit	锁标记位（Lock Bits）
32 bit	其他（如空闲或备用字段）

• Lock Bits（锁标记位） 一般占用 2 bit。

• 若偏向锁启用，则还需要额外 1 bit 用来区分“是否偏向”。

根据锁状态的不同（无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁），Mark Word 中各段的具体含义会动态变化。尤其在“偏向锁”场景下，Mark Word 会记录 线程 ID、epoch 等信息，而不再是简单的 HashCode。

3. 锁标记（Lock Bits）作用

HotSpot 会在 Mark Word 的最低 2 位（有时加上倒数第 3 位的偏向标记），来表示对象当前的锁定状态。常见取值如下表所示（不同版本略有差异，但概念相同）：

Lock Bits	Biased Flag	对象锁状态	说明
01	1	偏向锁 (Biased)	无竞争场景，Mark Word 存储线程 ID
00	?	轻量级锁 (Lightweight)	通过 CAS + 自旋获取锁，Mark Word 存储指向锁记录指针
10	?	重量级锁 (Heavyweight)	互斥量 (Monitor) 同步，线程阻塞/唤醒
01	0	无锁 (Unlocked)	初始状态或已计算过 HashCode
11	-	GC 标记 (Marked)	可能是 CMS/G1 阶段做标记等（或其他特殊用途）

• 具体二进制值对应关系，需结合偏向标志位 (Biased Flag) 一起解读。

• 当偏向锁被撤销后，会置为轻量级锁或直接升级到重量级锁。

• “11” 状态通常在垃圾回收标记、移动对象等场景使用。

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4. 总结

整个synchronized锁流程如下：

1. 检测Mark Word里面是不是当前线程的ID，如果是，表示当前线程处于偏向锁

2. 如果不是，则使用CAS将当前线程的ID替换Mard Word，如果成功则表示当前线程获得偏向锁，置偏向标志位1

3. 如果失败，则说明发生竞争，撤销偏向锁，进而升级为轻量级锁。

4. 当前线程使用CAS将对象头的Mark Word替换为锁记录指针，如果成功，当前线程获得锁

5. 如果失败，表示其他线程竞争锁，当前线程便尝试使用自旋来获取锁。

6. 如果自旋成功则依然处于轻量级状态。

7. 如果自旋失败，则升级为重量级锁。

• 自旋锁

  • 【JDK1.4.2~JDK1.6】之间 -XX:+UseSpinning开启自旋锁

  • 【JDK1.7】后，去掉此参数，由jvm控制；

锁消除 锁粗化

类锁 对象锁

无锁