紧接着上一篇你好，谈谈对Synchronized的理解？（四），这一篇文章来谈谈实现synchronized的锁升级之轻量级锁。

4.3 重量级锁

上一小节讲到了两个线程竞争锁资源，未获取到锁资源的线程在自旋策略范围内未获取到锁资源，轻量级锁就会升级成重量级锁，这个重量级就是真正的锁，它是一个互斥锁，加锁和解除锁资源都非常消耗资源。那么这个锁到底在哪儿，具体是什么样的呢？

4.3.1 锁在哪儿

当锁升级成重量级锁后，最明显的变化是锁对象的Markword的锁标记变为10，指向的内容变为指向一个监视器对象Monitor。这个监视器对象是如何实现互斥锁的呢？我们写一段代码来验证一下。

public class SyncExample {
    private static int i = 1;
    public synchronized static void increase1() {
        i++;
    }
    public static void main(String[] args) {
        synchronized (SyncExample.class){

        }
        SyncExample.increase1();
    }
}

我们先将java文件编译成SyncExample.class，然后通过javap -v SyncExample.class 指令反编译指定的Java字节码文件。

public static void main(java.lang.String[]);
    descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    Code:
      stack=2, locals=3, args_size=1
         0: ldc           #3                  // class me/stone/training/platform/training/java/thread/SyncExample
         2: dup
         3: astore_1
         4: monitorenter
         5: aload_1
         6: monitorexit
         7: goto          15
        10: astore_2
        11: aload_1
        12: monitorexit
        13: aload_2
        14: athrow
        15: invokestatic  #4                  // Method increase1:()V
        18: return

我们可以明显看到，在同步代码块中，在字节码中多了monitorenter和monitorexit，这两条指令很是关键。

  • monitorenter表示去获取一个监视器对象monitor，获取成功后其它竞争的线程只能进入等待队列，处于阻塞状态。
  • monitorexit表示释放监视器对象monitor的所有权，让其它阻塞的线程可以尝试去获取这个监视器对象。

4.3.2 Monitor 对象

synchronized修饰同步块，多线程竞争资源时，实则竞争的是一个锁对象，这个锁对象是一个Object对象，在内存中存储中包含一个对象，对象头有指向一个Markword，当锁升级成重量级锁时，Markword会指向一个Monitor对象，这个对象实际上是native的，在JVM Hotspot中，这个对象从本质上来说是一个C++ 对象，是一个ObjectMonitor类的实例。

image.png

如上图所示，Monitor有四个重要的属性。

  • _count，计数器。用来计数获取锁的次数，我们常说synchronized是可重入锁，这就是实现的关键。
  • _owner， 记录当前锁持有者的线程，也就是当前谁占有这把锁。
  • _waitSet，wait 队列，顾名思义，当线程调用对象的wait方法后，线程会释放资源，进入该队列等待被唤醒。
  • _EntrySet，entry队列，这个队列就是竞争锁失败的线程排队的地方，这些线程处于阻塞态。

线程在重量级锁的竞争中获取到了锁，此时_owner指向当前线程，_count 计数加1，未获取到锁的线程进入entry队列中进行排队。如果获取到锁资源的线程再次进入同一个锁资源控制的同步块，因为判断_owner指向的是自己，所以_count加1，实现了可重入锁。最后依次退出同步块，将计数逐步减去1，最后减为0，退出所有的同步块，释放锁资源，通知entry队列可以安排队列中的线程竞争锁资源了。

wait队列很特殊，线程在持有锁的过程中执行了#wait方法，线程将释放锁对象，进入此队列。后续一直等待#notify方法唤醒，唤醒后再进入wait队列中与其他线程一起竞争锁资源。

需要注意的是，#notify方法是随机取一个wait队列中的线程放到entry队列,#notifyAll是将所有等待的线程放到entry队列 。

4.3.3 不是公平锁

synchronized 重量级锁不是一个公平锁，也就是说当占有资源的线程释放掉锁资源的时候，放在entry队列的线程会同步竞争锁资源，不会让等待的最久的线程直接获取到锁，而且甚至有可能突然有一个新的线程尝试获取锁时，占有锁资源的线程恰好释放掉锁，这个新的线程会获取到锁资源。非公平锁的缺点是可能有些线程长期获取不到锁资源，处于饥饿的状态，如果要想使用公平锁，可以使用ReentrantLock的公平锁模式。