Synchronized锁升级详细过程

最近翻看leaf源码时，同事提出了一段关于synchronized的idea上报黄是啥情况，正好关于synchronized的内容也很久复习过，趁着这个机会讲解一下，在网上翻看了大量文章，发现很

多文章都是有点问题。。本文经过大量实践详细讲解锁升级的一个过程

如有不对，欢迎指正。

本文适合对synchronized有一定了解的同学阅读（至少要知道锁的几个级别)

定义

大家都知道锁分为无锁->偏向锁->轻量级锁->重量级锁

这也是锁的一个升级过程，但是实际上锁的升级并不是按步就班的，可以直接从无锁升级为重量级

很多文章写了锁不可以降级，其实这句话有点误导，锁是不可以降级。但是可以变更为无锁

对象头中的mark word

这个图还是很有用的，很多地方要对着这个图来看

锁的详细升级过程

我们直接从偏向锁讲起，首先配置启动参数-XX:BiasedLockingStartupDelay=0 设置偏向锁启动延时0秒(默认好像是4s)

分为以下情况

单线程没有竞争

线程获取锁了直接就是偏向锁(如果在偏向锁没启动时，则是轻量级锁)

代码：

import lombok.SneakyThrows;
import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;

/**
 * @author TanJ
 * @date 2023/1/6 16:42
 */
public class SyncTest {

    @SneakyThrows
    public static void main(String[] args) {
        Object lock = new Object();
        // 打印初始状态
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(lock).toPrintable());
        synchronized (lock) {
            // 打印偏向锁状态
            System.out.println(ClassLayout.parseInstance(lock).toPrintable());
          //  TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        }
    }
}

结果

这里不管线程是否释放锁，锁状态都是偏向锁(就算已经释放也是)

多线程没有竞争

多线程没有竞争的情况会比较特殊一点，可能会升级为轻量级，也可能还是偏向锁，也有可能会偏向优化

保持偏向锁：多线程没有竞争，前一个线程已经执行完毕

代码：

import lombok.SneakyThrows;
import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;

/**
 * @author TanJ
 * @date 2023/1/6 16:42
 */
public class SyncTest {
    static final Object yesLock = new Object();
    
    @SneakyThrows

    public static void main(String[] args) {
        Runnable runnable = () -> {
            synchronized (yesLock) {
                System.out.println("线程[" + Thread.currentThread().getName() + ":" + Thread.currentThread().getId() + "]" +
                        ":对象布局:" + System.currentTimeMillis() + ClassLayout.parseInstance(yesLock).toPrintable());
            }
      
        };

        Thread t0 = new Thread(runnable);
        Thread t1 = new Thread(runnable);
        t0.start();
        t0.join();
  
        System.out.println("t0 线程执行完毕 ");
        t1.start();
    
        System.out.println("获取二次并且释放之后，此时的对象布局：" + ClassLayout.parseInstance(yesLock).toPrintable());

    }
}

可以看到就算释放了锁。最后都是偏向锁，并且偏向的是第一个线程(并不总是第一个线程，其实当偏向升级或者撤销超过一定阈值，可能会重新指定为别的线程ID)

轻量级锁：没有竞争锁，前一个线程未执行完毕，但是已经释放了锁。

代码：

 public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

       
        // 打印初始状态
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(yesLock).toPrintable());

        synchronized (yesLock) {
            // 打印偏向锁状态
            //  System.out.println("hash code"+lock.hashCode());
            System.out.println(ClassLayout.parseInstance(yesLock).toPrintable());
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        }

        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        new Thread(()->{
            synchronized (yesLock){
                // 打印轻量级锁,因为上次持有的线程为main线程，正在运行中，但是已经释放了锁
                System.out.println(ClassLayout.parseInstance(yesLock).toPrintable());
            }
        }).start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        // 打印无锁
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(yesLock).toPrintable());
    }

结果:

这边要注意的是，轻量级锁进行释放锁不会变成偏向锁，只会设置为无锁状态，

多线程有竞争

这没啥好说的，直接就是重量级锁

补充

调用锁对象的hase code方法，如果未持有锁，会变成无锁状态(因为hashCode与其它线程ID都在一块存储区域) 如果持有锁，会直接变成重量级锁，因为已经存在锁了，无法释放锁，且hashcode可以存放在Monitor上同理，调用wait方法也会直接升级为重量级锁这个是因为只有在monitor上才存在waitset

补一张monitor的图吧

2...其它想到了在补充吧，暂时就这些