轻量级锁升级过程详解

轻量级锁是 JDK 1.6 新增的概念，是相对于传统的重量级锁而已的一种状态。

为什么需要轻量级锁

在 JDK 1.5 时，synchronized 是需要通过操作系统自身的互斥量（mutex lock）来实现，然而这种实现方式需要通过用户态与和核心态的切换来实现。

但这个切换的过程会带来很大的性能开销，所以在 JDK 1.6 就引入了轻量级锁来避免此问题的发生。

 

轻量级锁存储位置

再讲轻量级锁执行过程之前，要先从虚拟机的对象头开始说起，HotSpot 的对象头（Object Header）分为两部分：

1. 标记字段Mark Word :用于存储对象自身的运行时数据，如哈希码（HashCode）、GC 分带年龄等；
2. 类型指针Class Pointer：用于存储指向方法区对象类型数据的指针（如果是数组对象的话，还有一个存储数组长度的额外信息）。

Mark Word 在 32 位系统中，有 32bit 空间，其中：

• 25bit 用来存储 HashCode；
• 4bit 用来存储对象的分带年龄；
• 2bit 用来存储锁标志位，01=可偏向锁、00=轻量级锁、10=重量级锁；
• 1bit 固定为 0

所以，通过上图可以很清楚的指导轻量级锁标识00，就是存储在标记字段里。

 

轻量级锁执行过程

再说会轻量级锁的升级过程，整体如下图所示：

1.在代码进入同步块的时候，如果同步对象锁状态为无锁状态（锁标志位为“01”状态，是否为偏向锁为“0”），虚拟机首先将在当前线程的栈帧中建立一个名为锁记录（Lock Record）的空间，用于存储锁对象目前的Mark Word的拷贝，官方称之为 Displaced Mark Word。

2.拷贝对象头中的Mark Word复制到锁记录中。

3.然后虚拟机再使用 CAS (Compare and Swap, 比较并交换) 将本线程的 Mark Word 更新为指向对象 Lock Record 区域的指针如果更新成功，则表示这个线程拥有了该对象，轻量级锁添加成功，如果更新失败，虚拟机会先检查对象 Mark Word 是否指向了当前线程的线帧如果是则表明此线程已经拥有了此锁，如果不是，则表明该锁已经被其他线程占用了。

如果有两条以上的线程在争抢死锁，那么锁就会膨胀为重量锁，Mark Word 中存储的就是指向重量级锁的互斥量指针，后面等待锁的线程也会进入阻塞状态。

从以上的过程，我们可以看出轻量级锁可以理解为是通过 CAS 实现的，理想的情况下是整个同步周期内不存在锁竞争，那么轻量锁可以有效的提高程序的同步性能然而，如果情况相反，轻量级锁不但要承担 CAS 的开销还要承担互斥量的开销，这种情况下轻量级锁就会比重量级锁更慢。

陈睿mikechen

10年+大厂架构经验，资深技术专家，就职于阿里巴巴、淘宝、百度等一线互联网大厂。

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