Java中的轻量级锁

在我们介绍轻量级锁之前，我们先来了解一下在虚拟机底层锁是怎么实现的。在其它文章中我们已经介绍过了，虚拟机对象头主要存储了两部分信息。一部分用于存储指向方法区对象类型数据的指针。一部分是存储对象自身的运行时数据。如哈希码、 GC分代年龄等。官方称它为Mark Word。Mark Word是虚拟机底层实现轻量级锁和偏向锁的关键。下图为Mark Word中所包括的基本属性。

下面我们来分析一下在程序执行时Mark Word都会有哪些变化。当代码进入同步块的时候，如果同步对象没有被锁定，也就是Mark Word中锁标志位为01。虚拟机首先会在当前线程的栈帧中创建一个名为锁记录的空间，用于存储锁对象目前的MarkWord的拷贝。下图为拷贝后的线程堆栈和对象头的信息。

然后，虚拟机将使用CAS操作尝试将对象的Mark Word更新为指向Lock Record的指针。如果更新成功，那么这个线程就获取了该对象的锁，并且将象Mark Word的锁标志位修改为00，这时该线程获取的锁就是轻量级锁。此时线程堆栈与对象头信息如下。

如果上述的更新操作失败，虚拟机会先检查对象的Mark Word是否指向当前线程的栈帧，如果是那就说明当前线程已经获得了这个对象的锁，那么虚拟机就可以直接执行同步代码块里的代码了。如果不是则说明这个锁对象已经被其他线程获得了。如果有两个以上的线程在争用同一个锁时，那么虚拟机会将轻量级锁膨胀为重量级锁，并将锁标志的状态值修改为10，Mark Word中存储的锁指针就会修改为重量级锁的指针，后面等待获得锁的线程就要进入阻塞状态。

上述的过程是线程获得锁的过程。下面我们看一下线程释放锁的过程。线程释放锁也是通过CAS操作完成的。当同步代码块中的代码执行完成时，虚拟机就会检查对象的Mark Word是否还在指向当前线程的锁记录，如果是，那么就用CAS操作把对象当前的Mark Word和线程中复制的Mark Word替换。如果替换成功，那么整个同步代码块执行完了，也就是锁已经释放了。如果替换失败，那么就说明有其它线程尝试获取该锁，那么就要在释放锁的同时，唤醒被挂起的其它线程。