什么是锁？

java中，synchronized永远都是锁定的一个对象，那么jvm是怎么判断一个对象是被锁定的呢。

java的对象内存分布

Java的对象由对象头，对象体和填充空间（Padding）组成。

对象头

对象的描述信息
实例数据

对象的实际内容
填充空间

JVM要求对象的大小必须是8字节的整倍数，当实例数据不是8字节的整倍数时，需要填充空间来补上

Java对象头的内容

Mark Word

是对象头的核心内容，记录了对象的锁信息
类型指针

指向对象类的元数据
数组长度

如果对象是数组，那还要有数据记录数组的长度

Mark Word的组成

下图为32bit的JVM虚拟机中，Mark Word的组成：

MarkWord通过标志位来记录对象当前的锁信息。不同标示位的情况下，Mark Word记录的数据不一样。

锁的区别

无锁（01）

无锁状态下，对象不具备排他性，此时所有线程都可以直接访问这个对象。

偏向锁（01）

偏向锁实际上就是无锁，此时标记字记录的是当前操作这个对象的线程ID。

轻量级锁（00）

此时对象被锁定，标记字指向持有当前对象的线程的地址。等待的线程会进入自旋状态，通过CAS来争抢锁。

重量级锁（10）

此时对象被锁定，标记字指向当前对象的Monitor（对象监视器）的地址。等待的线程会进入阻塞状态。

锁的升级过程

Java的锁只会升级，不会降级。当锁全部被释放后，会回到初始状态，等待再次被升级。

初始状态

JDK6开始，JVM默认打开了偏向锁，因此默认情况下，一个对象被创建时，对象头中是偏向锁的信息。

打开偏向锁（默认）
关闭偏向锁

有一个线程使用synchronized锁定了这个对象

此时JVM默认永远只有这个线程使用这个对象，为了减少性能消耗，会进入偏向锁状态，实际上并不会上锁。

另一个线程尝试通过synchronized获取对象的锁

当出现了锁争夺时，会升级为轻量级锁，此时两个线程会尝试修改标记字自己的线程地址，修改成功的线程获取到锁，修改失败的线程进入到自旋状态，通过CAS操作来重试修改标记字。

第二个线程自旋到了一定次数，或者出现了更多线程来争夺锁

此时JVM会把对象的锁升级为重量级锁，标记字会指向对象的对象监视器（Monitor），所有争夺失败的线程进入阻塞状态。

重量级锁的内部实现

什么是对象监视器

每个对象都有一个对应的对象监视器，用来控制对象的多线程访问。

对象监视器的内部结构

Owner

指向正持有对象锁的线程
EntryList（锁池）

存放竞争失败的线程
WaitSet（等待池）

存放当前处于等待状态的线程

对象监视器的流程

初始

多个线程竞争对象的锁，争夺成功的线程引用放入到Owner中，其他线程放入到锁池中

线程正常执行

执行完成后，调用monitorExit，释放锁。

此时从锁池中按照先进先出原则，取出下一个线程，和新进的线程（如果有的话）来争夺锁。

调用了Object.wait()方法

调用wait()方法，线程进入挂起状态，线程的引用会被放入到waitSet中，从锁池中按照先进先出原则，取出下一个线程，和新进的线程（如果有的话）来争夺锁。

调用了Object.notify()方法

调用notify()方法后，从waitSet中拿到一个线程（具体拿哪个取决于JVM的配置），立即去争夺对象的锁，如果失败则进入到锁池。

调用了Object.notifyAll()方法

调用notify()方法后，从waitSet中拿出所有线程，立即去争夺对象的锁，如果失败则进入到锁池。

除非明确知道只有一个线程出于wait状态，否则就是用notifyAll方法，防止线程等待太久或永远等下去。

巴特西

Java的锁升级策略