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在Java并发中轻量级锁如何工作_Java轻量级锁加锁流程解析

P粉602998670

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发布时间:2025-12-24 15:17:03

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来源于php中文网

原创

轻量级锁是JVM对synchronized的优化,基于CAS和栈帧Lock Record实现,适用于无/低竞争场景;流程含拷贝Mark Word、CAS替换、标记锁状态;重入时新增null记录Lock Record;自旋失败超阈值(默认10次)则升级为重量级锁。

在java并发中轻量级锁如何工作_java轻量级锁加锁流程解析

轻量级锁是JVM对 synchronized 的重要优化,它不依赖操作系统互斥量,而是靠CAS和线程帧中的锁记录(Lock Record)实现,核心目标是避免线程挂起/唤醒的开销。

轻量级锁适用场景

适用于「无竞争或低竞争」的同步场景——比如多个线程交替进入同一段同步代码块,但不会同时抢锁。它不是给高并发争抢设计的,而是为错峰加锁“省资源”。

  • 对象当前处于无锁状态(Mark Word锁标志位为“01”,且偏向锁标识为“0”)
  • 线程第一次尝试获取该对象锁时触发轻量级锁流程
  • 若已有其他线程持有该轻量级锁,新线程会自旋等待,而非立即阻塞

加锁三步走:拷贝、CAS、标记

当线程执行 synchronized(obj) 且 obj 处于无锁态时:

  • 在线程当前栈帧中开辟一块空间,创建一个 Lock Record,并把 obj 对象头中的 Mark Word 拷贝进去(称作 Displaced Mark Word)
  • 用 CAS 操作尝试将 obj 的 Mark Word 替换为指向该 Lock Record 的指针;若成功,说明抢锁成功
  • CAS 成功后,对象 Mark Word 锁标志位被设为“00”,表示进入轻量级锁定状态,Owner 指向当前线程

锁重入怎么处理

同一个线程再次进入同一把锁的同步块(如递归调用或嵌套 synchronized),此时 CAS 会失败——因为 Mark Word 已是指向本线程 Lock Record 的指针。

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  • 线程检查 Mark Word 所指 Lock Record 是否属于自身;是,则确认是重入
  • 在当前栈帧中再建一个 Lock Record,其中 owner 仍指向自己,Displaced Mark Word 设为 null,作为重入计数器
  • 每重入一次,就多一个 null 记录的 Lock Record;退出时逐个清理

锁释放与升级条件

退出同步块时,JVM 尝试把 Lock Record 中保存的原始 Mark Word 写回对象头:

  • 若 CAS 回写成功,锁释放完成,对象恢复无锁状态(或保持轻量级锁状态供下次使用)
  • 若回写失败,说明期间发生过竞争——锁已被升级为重量级锁,此时需走重量级解锁逻辑(唤醒阻塞队列中的线程)
  • 自旋失败阈值默认是10次(可通过 -XX:PreBlockSpin 调整),超限即触发锁膨胀:申请 Monitor、修改 Mark Word 指向 Monitor、线程进入 BLOCKED 状态

基本上就这些。轻量级锁本质是“乐观尝试+快速回退”,它让无竞争场景下的 synchronized 几乎没有额外开销,但一旦真有争抢,就会果断升级,不硬扛。

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