[Java知识库]重量级锁的原理与实战

1. 重量级锁的核心原理

JVM中每个对象都会有一个监视器，监视器和对象一起创建、销毁。监视器相当于一个用来监视这些线程进入的特殊房间，其义务是保证（同一时间）只有一个线程可以访问被保护的临界区代码块

• 监视器所保护的临界区代码是互斥地执行的,线程进入临界区代码都需要获得这个许可，离开时把许可归还
• 监视器提供Signal机制(正持有许可的线程暂时放弃许可进入阻塞等待状态，等待其他线程发送Signal去唤醒 拥有许可的线程可以发送Signal，唤醒正在阻塞等待的线程，让它可以重新获得许可并启动执行)

Hotspot虚拟机中，监视器是由C++类ObjectMonitor实现的, 其有3个比较重要的属性：

1. Cxq：竞争队列（Contention Queue），所有请求锁的线程首先被放在这个竞争队列中
2. EntryList：Cxq中那些有资格成为候选资源的线程被移动到EntryList中
3. WaitSet：某个拥有ObjectMonitor的线程在调用Object.wait()方法之后将被阻塞，然后该线程将被放置在WaitSet链表中
   

2. 重量级锁的开销

重量级锁会发生线程的上下文切换，从用户态切换到内核态。系统调用是内核态为用户态进程提供的Linux内核态下互斥锁的访问机制，系统调用就会从用户态切换到内核态，这种切换是需要消耗很多时间的，而JVM重量级锁使用了Linux内核态下的互斥锁。

3. 代码实例

package innerlock;



import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;
import org.openjdk.jol.vm.VM;

public class InnerLockTest {
	

	int a=1;
	
	double b=1.1;
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		System.out.println(VM.current().details());
		Object obj=new Object();
		
			new Thread(()->{
				synchronized (obj) {
					System.out.println("t1:"+ClassLayout.parseInstance(obj).toPrintable());
					try {
						Thread.sleep(10000);
					} catch (InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					}
				}
				
			}).start();
			Thread.sleep(1000);
			new Thread(()->{
				synchronized (obj) {
					System.out.println("t1:"+ClassLayout.parseInstance(obj).toPrintable());
				}
				
			}).start();
			Thread.sleep(2000);
			
		
		

}
}

上述代码中t1线程先获取到锁，此时是偏向锁，当t1线程还没有离开临界区时，此时线程t2也来抢夺锁资源（t2可能经过多次自旋操作，但是失败了），因此锁升级为重量级锁

4. 偏向锁、轻量级锁与重量级锁的对比

参考：《Java高并发编程卷2》 尼恩