剖析偏向锁底层实战，揭示锁升级之谜

2023-12-02 20:35:23

前言

偏向锁的理论讲解往往比较抽象，让人难以理解其具体运作方式。在实战篇中，我们以Redis为例，深入分析偏向锁如何发生以及如何升级，以帮助大家更好地理解和应用偏向锁技术。

偏向锁是如何发生的

为了说明偏向锁是如何发生的，我们不妨先复习一下偏向锁的基本原理。偏向锁是一种轻量级的锁，由对象头部的Mark Word来实现。当一个线程第一次访问一个对象时，JVM会检查对象头部的Mark Word。如果Mark Word的值是一个指向该线程的指针，就说明该对象目前没有被其他线程持有，线程可以获取偏向锁而无需与其他线程竞争。如果Mark Word的值是一个非指向该线程的指针，就说明该对象目前被其他线程持有，线程必须进入同步队列等待锁释放。

在Redis中，偏向锁发生在以下两种情况下：

当一个线程首次访问一个对象时，如果该对象没有被其他线程持有，JVM就会将该对象的Mark Word指向该线程，并将该对象的状态设置为偏向锁状态。
当一个线程持有偏向锁的对象并对其进行写操作时，JVM会将该对象的Mark Word指向null，并将该对象的状态设置为轻量级锁状态。

偏向锁如何升级

当一个线程尝试访问一个已经被其他线程持有的偏向锁对象时，偏向锁就会升级为轻量级锁或重量级锁。升级过程如下：

如果持有偏向锁的线程已经退出，JVM就会将该对象的Mark Word指向null，并将该对象的状态设置为轻量级锁状态。
如果持有偏向锁的线程还在运行，JVM就会将该对象的Mark Word指向一个特殊的值，并将该对象的状态设置为重量级锁状态。
当持有轻量级锁的线程尝试对该对象进行写操作时，JVM就会将该对象的Mark Word指向null，并将该对象的状态设置为重量级锁状态。

实战实例

为了更好地理解偏向锁的发生和升级过程，我们不妨通过一个简单的Redis实战实例来演示。假设我们有一个名为“counter”的键值对，初始值为0。现在，我们有两个线程同时对“counter”键值对进行加1操作。

public class Counter {

    private int count = 0;

    public synchronized void increment() {
        count++;
    }

}

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        Counter counter = new Counter();

        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 100000; i++) {
                counter.increment();
            }
        });

        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 100000; i++) {
                counter.increment();
            }
        });

        thread1.start();
        thread2.start();

        thread1.join();
        thread2.join();

        System.out.println(counter.count);
    }

}

运行这段代码，我们可以看到“counter”键值对的最终值为200000。这说明两个线程都成功地对“counter”键值对进行了加1操作。

在运行过程中，偏向锁发生了以下变化：

当thread1第一次访问“counter”键值对时，JVM将“counter”键值对的Mark Word指向thread1，并将“counter”键值对的状态设置为偏向锁状态。
当thread2第一次访问“counter”键值对时，JVM发现“counter”键值对已经被thread1持有，于是thread2进入同步队列等待锁释放。
当thread1对“counter”键值对进行写操作时，JVM将“counter”键值对的Mark Word指向null，并将“counter”键值对的状态设置为轻量级锁状态。
当thread2从同步队列中获取锁并对“counter”键值对进行写操作时，JVM将“counter”键值对的Mark Word指向null，并将“counter”键值对的状态设置为重量级锁状态。