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Java 中轻量级锁如何通过锁记录实现线程同步

浅伟小哥_9756

浅伟小哥_9756

发布时间:2026-07-27 07:46:00

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来源于php中文网

原创

轻量级锁通过线程栈帧中的Lock Record(含Displaced Mark Word副本和owner指针)与CAS操作实现,加锁时CAS替换Mark Word为Lock Record地址,失败则自旋;重入时新增owner相同、Displaced Mark Word为null的记录;解锁时CAS回写原始Mark Word,失败则升级为重量级锁。

java 中轻量级锁如何通过锁记录实现线程同步

Java 中轻量级锁不依赖操作系统,而是靠线程栈帧里的锁记录(Lock Record)配合 CAS 操作实现同步,核心是避免挂起线程、减少开销。

锁记录存什么内容

每个线程在尝试获取轻量级锁时,会在自己的栈帧中创建一个 Lock Record,里面主要存两样东西:

  • Displaced Mark Word:对象头原始的 Mark Word 副本,用于后续解锁时还原对象状态
  • Owner 指针:指向当前持有锁的线程(首次加锁时填入;重入时新建记录,Owner 相同,Displaced Mark Word 设为 null)

加锁过程靠 CAS 绑定锁记录

当线程执行 synchronized(obj) 且 obj 处于无锁态(Mark Word 锁标志位为 01,偏向锁关闭)时:

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  • 在线程栈中分配 Lock Record,拷贝 obj 当前 Mark Word 到 Displaced Mark Word 字段
  • 用 CAS 尝试把 obj 的 Mark Word 替换为指向该 Lock Record 的地址
  • CAS 成功 → Mark Word 锁标志位变为 00,表示已进入轻量级锁定状态,锁绑定完成
  • CAS 失败 → 说明其他线程已抢先加锁,当前线程开始自旋等待(默认最多 10 次)

重入时新增空记录,不改原 Mark Word

同一线程再次进入同一把锁的同步块(比如递归或嵌套 synchronized):

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  • CAS 会失败,因为 Mark Word 已是指向本线程 Lock Record 的指针
  • JVM 检查该 Lock Record 的 Owner 是否为自己,确认是重入
  • 在线程栈中再建一个 Lock Record,Owner 仍指向自己,Displaced Mark Word 设为 null —— 这个 null 记录充当重入计数器
  • 每次退出同步块,就清理最顶层的一个 Lock Record;全部清完才真正释放锁

解锁靠原子回写,失败即升级

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

  • CAS 回写成功 → 对象恢复无锁状态(或保持轻量级锁供下次使用),同步完成
  • CAS 回写失败 → 说明期间有其他线程竞争过,锁已被膨胀为重量级锁,此时需走 Monitor 解锁逻辑,唤醒阻塞队列中的线程

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