Java并发 | 17.[锁机制] 重量级锁（Monitor+自旋锁）

1. 对象头

对象 = 对象头 + 对象的成员变量

2. Monitor概述

Monitor译为「监视器」或「管程」，此类对象由操作系统提供，每个Java对象都可以关联一个 Monitor 对象。

Java对象与Monitor对象是一一对应的。如果使用 synchronized 给一个Java对象上了锁（重量级锁），该Java对象头中的 MarkWord 对应的指针就会指向一个唯一的 Monitor 对象。

Monitor中有三个变量，分别是Owner、EntryList和WaitSet，本文暂不讨论WaitSet

• [Owner] 当某个线程 拥有锁，那么 Owner 就会指向该线程，表示 只允许该线程执行代码块。
• [EntryList] 链表结构，当线程 没能抢到锁，那么该线程就会被加入到EntryList中。待拥有锁的线程执行完毕，就会根据JVM底层的算法机制，唤醒其中的一个线程并使之成为新的 Owner。

3. 自旋锁（自适应自旋锁）概述

自旋锁是指：若线程A获取锁失败，那它并不会立即阻塞，也不会放弃CPU执行时间，而是循环去 争抢锁（默认10次），期间若成功抢到锁则正常执行，若仍未抢到则宣告争抢失败，随即进行相关的操作（阻塞、进入EntryList）。

而自适应自旋锁是指争抢的时间和次数不再固定，而是根据过往的竞争情况不断调整，自适应地确定更合适的争抢时间和次数。

[为什么自旋] 因为进入休眠后再次唤醒将进行上下文切换，该操作相对而言更消耗性能，因此要尽可能让该线程抢到锁；

[什么情况下适合自旋] 仅适合多核CPU时，如果是单核CPU则没有任何意义。

4. 重量级锁（Monitor + 自旋锁）

4.1. 适用范围

• JDK1.6以前；
• 竞争激烈（对象锁经常会被多个线程争抢）

4.2. 底层机制

jdk1.6以前，被 synchronized 锁住的对象将会上「重量级锁」。

首先向操作系统申请一个 Monitor 对象，且obj对象头中 MarkWord 的指针将会指向这个 Monitor 对象。

• [第一个获取锁的线程] 当第一个线程t1发现 Monitor 的 Owner 为null，则将 Owner 指向t1（拥有锁）；
• [其他想争抢锁的线程] 若其他的线程t2发现 Monitor 的 Owner 不为null，那t2会循环 争抢锁（自旋锁），若超过次数后依旧没抢到锁（默认10次），则会进入到 EntryList 中并进入 BLOCKED 状态。
• [执行完毕] 若 Owner 对应的线程执行完毕，Owner 指针便会断开（释放锁），同时根据JVM底层算法唤醒其中一个线程，使之成为新的 Owner。

参考资料

[视频] 04.026-Monitor-对象头

[视频] 04.027-Monitor-工作原理

[文章] 从偏向锁是如何升级到重量级锁的