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Java目标结构

在讲到本文的锁之前，先来简单了解一下Java的目标结构。Java的目标结构首要包括目标头，实例数据，对齐填充三大部分。

目标头

目标头中存储了目标的Mark word，类型指针（元数据指针）和数组长度（只要其时目标为数组目标时才会有）。而Mark word又包括目标的Hashcode码，目标的分代年龄，目标的倾向锁ID，获取倾向锁的时间戳，锁标志位等。

Mark word首要用于存储目标本身运行时的数据，而且Mark word字段的长度与JVM的位数有关，32位的JVM虚拟机中Mark word占用32位的存储空间，64位的JVM虚拟机中占用64位的贮存空间。

以32位的JVM虚拟机为例：

是否是倾向锁表明：当值为0时，符号目标没有敞开倾向锁，值为1表明敞开了倾向锁。

锁标志位表明：其时线程具有的锁，不同状况下具有的锁不同。

目标分代年龄表明：当JVM发生GC废物收回时，新生代未被收回的目标在Eden区和Survivor之间的仿制，每次仿制是的分代年龄+1，默许状况下分代年龄到达15会被移到老时代区域，当然这个参数也能够自行设置。

目标的Hashcode值：首要存储目标的Hashcode值。

线程ID：表明在倾向锁状况下，持有倾向锁的线程编号。

指向栈中锁记载的指针：在轻量级锁状况下，指向栈中所记载的指针。

指向（互斥量）重量级锁的指针：在重量级锁状况下，指向目标监视器的指针。

类型指针指向办法区中的类元信息，也叫元数据指针。

关于数组长度，在其时目标是数组类型的时候，目标头中需求额定的空间存储数据长度的信息，假设其时目标不是数组类型的，则不需求。同样，在32位的虚拟机中，数组长度占用32位的存储空间，64位的虚拟机中占用64位的存储空间。

实例数据

实例数据首要存储了目标的成员变量信息，比如成员变量的详细值，父类成员变量的详细值等。

目标填充

在HotSpot虚拟机中，目标的开始地址必须为8的整数倍，假设其时目标的实例变量占用的贮存空间不是8的整数倍，则需求运用填充数据来保证对齐。

倾向锁

为什么会发生倾向锁？在多线程并发履行时，synchronized锁会保证安全性能，但是一同会呈现一个线程多次获取同一个锁的现象（哎，就是玩），因而提出了倾向锁。

倾向锁是怎么作业的？假设在同一时间，只要一个线程拿到了synchronized锁，此刻该线程履行办法或代码块不会呈现与其他线程竞赛的状况，这时，会进入倾向状况。当锁进入倾向状况，目标头中的Mark word就会进入倾向结构，由上文得知，倾向锁符号为1，锁标志位符号为01,而且会把其时拿到锁的线程ID记载到目标头的Mark word中，一旦下次改线程进入临界区（办法或代码块），那么会先检查Mark word中存储的ID和自己的是否共同。

假设发现Mark word中存储的线程ID和自己的共同，则能够进入临界区，假设不共同，阐明有线程与其时拿到锁的线程竞赛。假设线程1正在运用锁资源，线程2发现不共同，则线程2会测验运用CAS机制将目标头Mark word中的线程ID改为线程2自己的，但是又会分为两种状况：

1.当CAS操作履行成功后，表明线程1现已结束了运用锁资源，Mark word中的线程ID会记载为线程2的ID，此刻依然处于倾向锁状况；

2.当CAS操作履行失利，表明线程1依然在占用锁资源，没有开释锁资源，此刻会暂停线程1，而且将Mark word中倾向锁的值设为0，锁标志位设为00，由上文可知，此刻倾向锁会晋级为轻量级锁，当然，线程1和线程2之间会依照轻量级锁的方式来竞赛锁。

倾向锁会提升程序的履行性能，但是倾向锁的吊销晋级是比较复杂的，而且会耗费资源和性能。

轻量级锁

轻量级锁概念是在线程竞赛不是很激烈时，能够经过CAS机制来竞赛锁，防止运用操作系统层面的Mutex重量级锁然后影响性能。

轻量级锁怎么完成呢？当线程被创建后，虚拟时机在线程的栈帧中创建一个用于存储锁记载的空间–Displaced Mark word，关于轻量级锁，在争抢锁资源的线程进入synchronized修饰的办法或代码块之前，会将锁目标中目标头里的Mark word仿制到其时线程的Displaced Mark word空间中，然后，线程会测验运用CAS自旋的方式将锁目标中的Mark word替换成指向锁记载的指针，替换成功则代表其时线程拿到了锁，之后虚拟时机把Mark word中的锁标志位设为00，表明其时为轻量级锁状况，其时线程获取到锁之后，JVM虚拟时机把锁目标中Mark word中的信息保存到获取到的锁资源的线程的栈帧Displaced Mark word中，而且把线程中的owner指针指向锁目标。

当线程抢占到锁资源后，会将锁目标的Mark Word中的信息保存到其时线程栈帧中Displaced Mark World区域，而且锁目标的Mark Word信息也会发生变化，由之前的存储目标的HashCode码到现在变成存储指向栈中锁记载的指针。当线程开释锁时，会测验运用CAS操作将Displaced Mark Word中存储的信息仿制到锁目标中的Mark Word中，假设没有发生锁竞赛，则代表仿制成功，线程会开释锁，假设此刻由于其他线程多次履行CAS操作导致轻量级锁晋级为重量级锁，则其时线程的CAS操作会失利，此刻会开释锁并唤醒其他未获得锁而被堵塞的线程一同竞赛锁。

重量级锁

重量级锁首要基于操作系统中的Mutex锁完成的，重量级锁的履行功率比较低，处于重量级锁时被堵塞的线程不会耗费CPU资源。 它的底层是经过Monitor锁完成等候，假设其时目标锁的状况为倾向锁或轻量级锁，那么在调用锁目标的wait办法或notify办法，或许核算锁目标的HashCode时，倾向锁或轻量级锁就会胀大为重量级锁。

锁晋级

在多线程一同争抢锁时，或许会由无锁状况慢慢晋级为轻量级锁，重量级锁的状况，晋级进程如下：

在多线程竞赛锁时，虚拟时机检测锁目标头中的Mark Word倾向锁符号是否为1，锁符号位是否为01，假设是的话，则其时锁状况为可倾向状况；

多线程争抢锁资源时，会首先检查Mark Word中存储的是不是自己线程的ID，假设是自己线程的话，则现已处于倾向锁状况了，其时的线程能够直接进入办法或代码块中；

假设存储的不是自己的线程，那么其时竞赛锁的线程会运用CAS自旋机制来竞赛锁，假设竞赛成功，则会把Mark Word中存储的线程ID改为其时竞赛锁成功的ID，而且把倾向锁符号设为1，锁标志位设为01，此刻锁状况依然处于倾向锁状况；假设其时线程经过CAS自旋操作竞赛失利，则阐明有其他线程也在争抢锁资源，那么此刻会吊销倾向锁，将倾向锁晋级为轻量级锁；

其时线程通知锁目标的Mark Word中存储的线程ID暂停线程，对应的线程会将Mark Word的内容变为空；

前次拿到倾向锁资源的线程（线程1），和其时争抢锁的线程（线程2）都会把锁目标中的HashCode值等信息仿制到自己栈帧中的Displaced Mark Word中，之后线程1和线程2开始履行CAS自旋操作，测验把锁目标中的Mark Word的内容修改为指向自己线程的Displaced Mark Word的空间来竞赛锁资源；

竞赛成功的线程会拿到锁资源，而且竞赛成功的锁的线程会把锁目标中的Mark Word的内容修改为指向自己线程的Displaced Mark Word的空间，并将Mark Word中的锁标志为设为00，进入轻量级锁状况；

其时竞赛失利的锁不会灰心的，依然会持续CAS自旋的操作来竞赛锁资源，此刻又会分为两种状况：假设竞赛成功，则会拿到轻量级锁，注意是轻量级，此刻锁依然会处于轻量级锁状况；假设竞赛失利，线程一直进行CAS自旋操作到达一定的次数依然没有拿到锁资源，那么轻量级锁会胀大为重量级锁，将Mark Word中的锁标志位设置为10进入重量级锁状况。

因而，综上所述，当同一时间，只要一个线程竞赛锁时，此刻会处于倾向锁状况；假设有多个线程一同竞赛锁时，倾向锁会晋级为轻量级锁状况；当线程以CAS自旋机制超过了一定的自旋次数，依然没有获取到锁，会由轻量级锁晋级为重量级锁状况。

锁消除

只要Java虚拟机敞开了逃逸分析，才会呈现锁消除的现象，意思是当一个目标只能从一个线程被访问到，不存在同享数据的竞赛，在访问这个目标时，能够不加同步锁，假设运用了synchronized同步锁，则虚拟时机主动将synchronized同步锁消除，常见的例子有StringBuffer拼接字符串：

public static String add(String str1, String str2) {
        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        sb.append(str1);
        sb.append(str2); 
        return sb.toString();   
        }

StringBuffer中的append()办法源码：

    public synchronized StringBuffer append(StringBuffer sb) {
        toStringCache = null;
        super.append(sb);
        return this;
    }

上述代码中，总所周知StringBuffer是线程安全的，其办法被synchronized锁修饰，尽管存在锁，但是在履行上述代码时，其他线程无法访问到同享数据，因而虚拟时机将synchronized锁安全消除。

本篇文章就分享到这儿了，后续将会分享各种其他关于并发编程的知识，感谢大佬认真读完支持咯 ~

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