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我是一個(gè)線程，生活在JVM（Java虛擬機(jī)）中， 這一段日子過得有些無聊，整個(gè)世界似乎只有這一個(gè)人，天天忙著執(zhí)行代碼，想休息一下都很難。
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我聽說人類寫的代碼中有些特殊的地方，叫做臨界區(qū)，比如synchronized修飾的方法或者代碼塊，他們非常神奇，在同一時(shí)刻JVM老大只允許一個(gè)線程進(jìn)入執(zhí)行。
實(shí)際上，老大設(shè)置了一把鎖，搶到了這把鎖就可以執(zhí)行，否則只能阻塞，等待別人釋放鎖。
老大說，阻塞就是不用干活了，老老實(shí)實(shí)地等著就行。
竟然還有這等美事！ 趕緊讓我阻塞一次吧。
可是老大又說：“每次設(shè)置鎖我都得和操作系統(tǒng)打交道，請他在內(nèi)核中維護(hù)一個(gè)什么Mutex（互斥量）的東西，他還得把你們這些線程阻塞，切換，這可是一筆巨大的費(fèi)用啊，所以這些鎖還是少用為妙?！?/p>
我運(yùn)氣也不好，我不知道執(zhí)行了多少代碼，調(diào)用了多少函數(shù)，竟然一次也沒遇到臨界區(qū)!
我想也許這個(gè)程序員編程時(shí)不小心，沒有考慮多線程并發(fā)的情況； 也有可能是這些程序大部分都是無狀態(tài)的，多少個(gè)線程執(zhí)行都沒有問題。
于是我只好一直執(zhí)行下去， 不知道過了多少天，我激動地發(fā)現(xiàn)，一個(gè)synchronized修飾的代碼塊終于出現(xiàn)了：
- Account account = ...
- synchronized(account){
- ...臨界區(qū)的代碼...
- }
偏向鎖
我滿心期望別的線程已經(jīng)進(jìn)入了代碼塊，那我就可以阻塞、休息。
即使沒有其他線程進(jìn)入臨界區(qū)，老大為我申請鎖， 也得和操作系統(tǒng)協(xié)商什么互斥量，從用戶態(tài)進(jìn)入核心態(tài)，再從核心態(tài)返回用戶態(tài)，總要花些功夫吧。
可是老大根本沒有去找操作系統(tǒng)， 只是看了看這個(gè)account對象的所謂“對象頭”，其中有個(gè)叫做Mark Word的東西，似乎是個(gè)什么數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)， 里邊有幾個(gè)標(biāo)識位，還有其他數(shù)據(jù)。
老大隨手使用CAS操作把我的線程ID記錄到了這個(gè)Mark Word當(dāng)中，修改了標(biāo)識位，然后告訴我說： 可以了，你現(xiàn)在擁有這把鎖了，進(jìn)去執(zhí)行代碼吧。
我驚奇地說：“老大你不和操作系統(tǒng)協(xié)商設(shè)置Mutex了？”
老大說：“不用了，你看現(xiàn)在就你一個(gè)線程進(jìn)入了這個(gè)代碼塊，我只要記錄下你的線程ID，就表示你擁有這把鎖了，不用操作系統(tǒng)介入?！?/p>
我獲得了鎖，開始執(zhí)行被synchronized包裹的代碼塊。
等到我第二次執(zhí)行到這個(gè)synchronized的時(shí)候，老大只是看了一眼鎖對象account的Mark Word就說：“你的線程ID還在，還持有著這個(gè)對象的鎖，進(jìn)入臨界區(qū)執(zhí)行吧?！?/p>
我連喘口氣的機(jī)會都沒有，只好繼續(xù)執(zhí)行。
老大說，這叫偏向鎖，在沒有別的線程競爭的時(shí)候，一直偏向我，可以讓我一直執(zhí)行下去。
我是多么期盼來一個(gè)新的線程來和我競爭??！
輕量級鎖
很快，機(jī)會就來了。
另外一個(gè)線程0x3704也要進(jìn)入這個(gè)代碼塊執(zhí)行，但是鎖對象account 保存的是我的線程ID，他是沒法進(jìn)入臨界區(qū)的。
我心想，我們兩個(gè)至少得有一個(gè)進(jìn)入阻塞狀態(tài)，休息一會兒了。
但是老大還是不去操作系統(tǒng)協(xié)商，只是說： 我把這個(gè)偏向鎖升級一下，變成一個(gè)輕量級的鎖吧。
老大把鎖對象account恢復(fù)成無鎖狀態(tài)，在我們倆的棧幀中各自分配了一個(gè)空間，叫做Lock Record， 把鎖對象account的Mark Word在我們倆這里各自復(fù)制了一份，叫做Displaced Mark Word， 這名字真奇怪。
然后把我的Lock Record的地址使用CAS放到了Mark Word當(dāng)中，并且把鎖標(biāo)志位改為00， 這其實(shí)就意味著我也已經(jīng)獲得了這個(gè)輕量級的鎖了，可以繼續(xù)進(jìn)入臨界區(qū)執(zhí)行。
0x3704沒有獲得鎖，但還是不阻塞，老大讓他自旋幾次，等待一會兒。
等到我退出臨界區(qū)，釋放鎖的時(shí)候，需要把這個(gè)Displaced markd word 使用CAS復(fù)制回去。接下來他就可以加鎖了。
我們兩個(gè)交替著進(jìn)入臨界區(qū)，執(zhí)行這段代碼，相安無事，很少出現(xiàn)真正的競爭。
即使是出現(xiàn)了競爭，想獲得鎖的線程只要自旋幾次，等待一會兒，鎖就可能釋放了。
很明顯，如果沒有競爭或者輕度的競爭，輕量級鎖僅僅使用CAS操作和Lock record就避免了重量級互斥鎖的開銷，對JVM老大來說，確實(shí)是個(gè)好主意。
重量級鎖
輕量級鎖運(yùn)行得挺好，我還是沒有機(jī)會休息，終于有這么一天，0x3704 正在持有鎖，在臨界區(qū)辛苦地執(zhí)行代碼。 我自旋了好多次，0x3704還是沒釋放鎖。 這時(shí)候JVM老大說： 自旋次數(shù)太多了，太浪費(fèi)CPU了，接下來升級為重量級鎖！
這個(gè)重量級鎖需要操作系統(tǒng)的幫忙，依賴操作系統(tǒng)底層的Mutex Lock。
只見老大創(chuàng)建了一個(gè)monitor 對象， 把這個(gè)對象的地址更新到了Mark word當(dāng)中。
鎖升級了！
由于0x3704還在持有鎖運(yùn)行，而我終于進(jìn)入了夢寐以求的狀態(tài)：阻塞！ 終于可以休息一下了！
仔細(xì)一想，老大煞費(fèi)心機(jī)地設(shè)置了偏向鎖和輕量級鎖，就是為了避免阻塞，避免操作系統(tǒng)的介入， 這兩種鎖無非就是針對這兩種情況：
偏向鎖： 通常只有一個(gè)線程在臨界區(qū)執(zhí)行
輕量級鎖： 可以有多個(gè)線程交替進(jìn)入臨界區(qū)，在競爭不激烈的時(shí)候，稍微自旋等待一下就能獲得鎖。
至于重量級鎖，也是我最為期待的鎖，那就是出現(xiàn)了激烈的競爭，只好讓我們?nèi)プ枞菹⒘恕?/p>
糾錯(cuò)！jvm專家 你假笨指出一個(gè)錯(cuò)誤 ，偏向鎖對象頭里存的不是線程id ，其實(shí)存的是JavaThread對象的指針地址。圖片沒法修改了，在此更正
【本文為專欄作者“劉欣”的原創(chuàng)稿件，轉(zhuǎn)載請通過作者微信公眾號coderising獲取授權(quán)】
網(wǎng)站欄目：一個(gè)想休息的線程：JVM到底是怎么處理鎖的？怎么不讓我阻塞呢？
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