偏向锁的获取和撤销详解

article/2025/10/21 13:10:06

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Java SE 1.6 为了减少获得锁和释放锁带来的性能消耗，引入了偏向锁和轻量级锁；在Java SE 1.6 中，锁共有4种状态，级别从底到高依次是：无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁和重量级锁状态，这几种状态会随着竞争情况加剧逐渐升级。锁可以升级但不能降级。

1.偏向锁

HotSpot的作者经过研究发现，大多数情况下，锁不仅存在多线程竞争，而且总是由同一线程多次获得，为了让线程获得锁的代价更低而引入了偏向锁。

（1）偏向锁的获取

注意：当JVM启动了偏向锁模式（Java 6和Java 7里是默认启动的），新创建对象的Mark Word中的ThreadID为0，说明此对象处于偏向锁状态（但未偏向任何线程），也叫作匿名偏向锁状态。

线程A第一次访问同步代码块时，先检查对象头Mark Word中锁标志位是否为01，依此判断此时对象是否处于无锁状态或者偏向锁状态；
若锁标志位是为01，然后判断偏向锁的标识是否为1：
2.1 如果不是，则进入轻量级锁逻辑（使用CAS竞争锁）（注意：此时不是使用CAS尝试获取偏向锁，而是直接升级为轻量级锁；原因是：当偏向锁的标识为0时，表明偏向锁在此对象上被禁用，禁用原因可能是JVM关闭了偏向锁模式，或该类刚经历过bulk revocation，等等。所以应该入轻量级锁逻辑）；
2.2 如果是1，表明此对象是偏向锁状态，则进行下一步流程。
判断是偏向锁时，检查对象头Mark Word中记录的ThreadID是否是当前线程A的ID：
    3.1 如果是，则表明当前线程A已经获得过该对象锁，以后线程A进入同步代码块时，不需要CAS进行加锁，只会往当前线程A的栈中添加一条Displaced Mark Word为空的Lock Record，用来统计重入的次数。如下图。
    3.2 如果不是，则进行CAS操作，尝试将当前线程A的ID替换进Mark Word；
      3.2.1 .如果当前对象锁的ThreadID为0（匿名偏向锁状态），则会替换成功（将Mark Word中的Thread id由匿名0改成当前线程A的ID，在当前线程A栈中找到内存地址最高的可用Lock Record，将线程A的ID存入），获得到锁，执行同步代码块。
      3.2.2 .如果当前对象锁的ThreadID不为0，即该对象锁已经被其他线程B占用了，则会替换失败，开始进行偏向锁撤销。这也是偏向锁的特点，一旦出现线程竞争，就会撤销偏向锁。

（2）偏向锁的撤销

偏向锁的撤销需要等待全局安全点（safe point，代表了一个状态，在该状态下所有线程都是暂停的，stop-the-world），到达全局安全点后，持有偏向锁的线程B也被暂停了。
检查持有偏向锁的线程B的状态（会遍历当前JVM的所有线程，如果能找到线程B，则说明偏向的线程B还存活着）：
    5.1 如果线程还存活，则检查线程是否还在执行同步代码块中的代码：
      5.1.1 如果是，则把该偏向锁升级为轻量级锁，且原持有偏向锁的线程B继续获得该轻量级锁。
    5.2 如果线程未存活，或线程未在执行同步代码块中的代码，则进行校验是否允许重偏向：
      5.2.1 如果不允许重偏向，则将Mark Word设置为无锁状态（未锁定不可偏向状态），然后升级为轻量级锁，进行CAS竞争锁。
      5.2.2 如果允许重偏向，设置为匿名偏向锁状态（即线程B释放偏向锁）。当唤醒线程后，进行CAS将偏向锁重新指向线程A（在对象头和线程栈帧的锁记录中存储当前线程ID）。
唤醒暂停的线程，从安全点继续执行代码。

补充： 每次进入同步块（即执行monitorenter）的时候都会以从高往低的顺序在栈中找到第一个可用的Lock Record，并设置偏向线程ID；每次解锁（即执行monitorexit）的时候都会从最低的一个Lock Record移除。所以如果能找到对应的Lock Record说明偏向的线程还在执行同步代码块中的代码。

下图为当对象所处于偏向锁时，当前线程重入3次，线程栈帧中Lock Record记录：
如图为当对象所处于偏向锁时，当前线程重入3次，线程栈帧中Lock Record记录