这一篇文章来谈谈实现synchronized的锁升级之轻量级锁。

4.2 轻量级锁

上一小节说到了两个线程竞争锁，导致偏向锁的撤销，撤销过程中有一种常见的锁升级，即升级成轻量级锁。轻量级锁适用于两个线程竞争锁资源，并且同步代码块执行很快的场景。那在对象中的Markword存储布局有变化成什么呢？

4.2.1 轻量级升级过程

众所周知，在JVM中，栈是线程私有的。升级成轻量级锁的第一步是在栈的栈帧中搞事情。

  1. 栈帧新创建锁记录LockRecord，记录中包括displaced hdr 和owner。
  2. 将锁对象头中的Markword内容复制到刚创建的栈帧中LockRecord。
  3. 将锁记录LockRecord中的owner指向锁对象。
  4. 最后将对象头的Markword中的指向栈中锁记录的指针指向锁记录LockRecord（这个步骤才是Markword存储内容真正的变化）。

变化过程如下图所示。

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4.2.2 轻量级竞争过程

当一个线程占有轻量级锁时，当另一个线程来竞争时，这个线程会在原地空循环等待，而不是将线程状态转变为Blocked阻塞态。当占有的线程离开同步块，释放锁以后，另外一个线程就会迅速<typo id="typo-517" data-origin="的" ignoretag="true">的</typo>获取到锁。

那么为什么未获取到锁资源的线程是循环等待，而不是阻塞呢？ 这其中最重要的原因是线程的阻塞和唤醒需要CPU从用户态转为内核态，频繁的阻塞和唤醒对CPU来说是一件负担相当重的工作，势必会给操作系统的并发性能带来非常大的压力。所以采取了循环去等待，这就是自旋锁，这种方式在AQS锁底层也用到了。

那么未获取到锁资源的线程是如何循环等待的呢? 不停<typo id="typo-696" data-origin="的" ignoretag="true">的</typo>循环会消耗CPU性能，这种自旋锁当然是有停止条件的，分为两种情况。

  • 在Java 1.6 之前，设定了一个自旋的次数，超过循环次数就会循环就会终止，一般设置的次数是10，可以通过设置HotSpot 参数 -XX:PreBlockSpin来修改，修改这个参数之前需通先通过设置参数-XX:+UseSpining开启自旋锁。
  • 在Java 1.6 之后，引入了相较于智能的自适应自旋锁，这种方式是根据前一次在同样的锁自选的时间和锁的状态决定锁的自选时间，而不是固定自旋次数。

4.2.3 自旋锁锁释放

当未获取到锁资源的线程，自旋获取锁失败了，此时会将锁升级成重量级锁，并修改锁对象头的Markword中的值，修改的内容大致为指向重量级锁的指针和修改锁标志位为10。 此时线程处于阻塞的状态。
当占有锁的退出同步代码块时，会通过CAS将栈中存储记录的Markword内容和当前锁对象Markword比较然后<typo id="typo-1103" data-origin="设值" ignoretag="true">设值</typo>，因为当前Markword内容已经变化了，肯定会设值失败，此时线程会释放锁，释放监视器（monitor）并唤醒等待的线程。然后另一个被阻塞的线程被唤醒，重新竞争锁资源。

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下一章谈谈重量级锁。