[toc] # 簡介 鎖和同步是java多執行緒程式設計中非常常見的使用場景。為了鎖定多執行緒共享的物件，Java需要提供一定的機制來實現共享物件的鎖定，從而保證一次只有一個執行緒能夠作用於共享物件。當第二個執行緒進入同一個區域的時候，必須等待第一個執行緒解鎖該物件。 JVM是怎麼做到的呢？為了實現這個功能，java物件又需要具備什麼樣的結構呢？快來一起看看吧。 # java物件頭 Java的鎖狀態其實可以分為三種，分別是偏向鎖，輕量級鎖和重量級鎖。 在Java HotSpot VM中，每個物件前面都有一個class指標和一個Mark Word。 Mark Word儲存了雜湊值以及分代年齡和標記位等，通過這些值的變化，JVM可以實現對java物件的不同程度的鎖定。 還記得我們之前分享java物件的那張圖嗎？  javaObject物件的物件頭大小根據你使用的是32位還是64位的虛擬機器的不同，稍有變化。這裡我們使用的是64位的虛擬機器為例。 Object的物件頭，分為兩部分，第一部分是Mark Word，用來儲存物件的執行時資料比如：hashcode，GC分代年齡，鎖狀態，持有鎖資訊，偏向鎖的thread ID等等。 在64位的虛擬機器中，Mark Word是64bits，如果是在32位的虛擬機器中Mark Word是32bits。 第二部分就是Klass Word，Klass Word是一個型別指標，指向class的元資料，JVM通過Klass Word來判斷該物件是哪個class的例項。 我們可以看到物件頭中的Mark Word根據狀態的不同，儲存的是不同的內容。 其中鎖標記的值分別是：無鎖=001，偏向鎖=101，輕量級鎖=000，重量級鎖=010。 # java中鎖狀態的變化 為什麼java中的鎖有三種狀態呢？其本質原因是為了提升鎖的效率，因為不同情況下，鎖的力度是不一樣的。 通過設定不同的鎖的狀態，從而可以不同的情況用不同的處理方式。 下圖是java中的鎖狀態的變化圖：  上面的圖基本上列出了java中鎖狀態的整個生命週期。接下來我們一個一個的講解。 # 偏向鎖biased locking 一般來說，一個物件被一個執行緒獲得鎖之後，很少發生執行緒切換的情況。也就是說大部分情況下，一個物件只是被一個物件鎖定的。 那麼這個時候我們可以通過設定Mark word的一定結構，減少使用CAS來更新物件頭的頻率。 為了實現這樣的目標，我們看下偏向鎖的Mark word的結構：  當偏向執行緒第一次進入同步塊的時候，會去判斷偏向鎖的狀態和thread ID，如果偏向鎖狀態是1，並且thread ID是空的話，將會使用CAS命令來更新物件的Mark word。 設定是否偏向鎖=1，鎖標記=01,執行緒ID設定為當前鎖定該物件的執行緒。 下一次該物件進入同步塊的時候，會先去判斷鎖定的執行緒ID和當前執行緒ID是否相等，如果相等的話則不需要執行CAS命令，直接進入同步塊。 如果這個時候有第二個執行緒想訪問該物件的同步塊，因為當前物件頭的thread ID是第一個執行緒的ID，跟第二個執行緒的ID不同。 如果這個時候執行緒1的同步塊已經執行完畢，那麼需要解除偏向鎖的鎖定。 解除鎖定很簡單，就是將執行緒ID設定為空，並且將偏向鎖的標誌位設為0， 如果這個時候執行緒1的同步塊還在執行，那麼需要將偏向鎖升級為輕量級鎖。 # 輕量級鎖thin lock 先看下輕量級鎖的結構：  可以看到Mark word中存放的是棧中鎖記錄的指標和鎖的標記=00。 如果物件現在處於未加鎖狀態，當一個執行緒嘗試進入同步塊的時候，會將把物件頭和當前物件的指標拷貝一份，放線上程的棧中一個叫做lock record的地方。 然後JVM通過CAS操作，將物件頭中的指標指向剛剛拷貝的lock record。如果成功，則該執行緒擁有該物件的鎖。 實際上Lock Record和Mark word形成了一個互相指向對方的情況。 下次這個執行緒再次進入同步塊的時候，同樣執行CAS，比較Mark word中的指標是否和當前thread的lock record地址一致，如果一致表明是同一個執行緒，可以繼續持有該鎖。 如果這個時候有第二個執行緒，也想進入該物件的同步塊，也會執行CAS操作，很明顯會失敗，因為物件頭中的指標和lock record的地址不一樣。 這個時候第二個執行緒就會自旋等待。 那麼第一個執行緒什麼時候會釋放鎖呢？ 輕量級鎖線上程退出同步塊的時候，同樣需要執行CAS命令，將鎖標記從00替換成01，也就是無鎖狀態。 # 重量級鎖 如果第二個執行緒自旋時間太久，就會將鎖標記替換成10（重量級鎖），並且設定重量級鎖的指標，指向第二個執行緒，然後進入阻塞狀態。 當第一個執行緒退出同步塊的時候，執行CAS命令就會出錯，這時候第一個執行緒就知道鎖已經膨脹成為重量級鎖了。 第一個執行緒就會釋放鎖，並且喚醒等待的第二個執行緒。 第二個執行緒被喚醒之後，重新爭奪鎖。 我們看下重量級鎖的結構：  # 三種鎖狀態的不同 偏向鎖，輕量級鎖和重量級鎖到底有什麼不同了？ 這裡總結一下，偏向鎖下次進入的時候不需要執行CAS命令，只做執行緒ID的比較即可。 輕量級鎖進入和退出同步塊都需要執行CAS命令，但是輕量級鎖不會阻塞，它使用的是自旋命令來獲取鎖。 重量級鎖不使用自旋，但是會阻塞執行緒。 好了，小夥伴們對於鎖的狀態變化有什麼疑問嗎？歡迎留言。 > 本文作者：flydean程式那些事 > > 本文連結：[http://www.flydean.com/jvm-object-lock-synchronization/](http://www.flydean.com/jvm-object-lock-synchronization/) > > 本文來源：flydean的部落格 > > 歡迎關注我的公眾號:程式那些事，更多精彩等著您！