简介

偏向锁

Java偏向锁(Biased Locking)是Java 6引入的一项多线程优化。它通过消除资源无竞争情况下的同步原语，进一步提高了程序的运行性能。不启用偏向锁的情况下，使用synchronize原语对对象进行加锁，使用的是轻量级锁，此时如果发生锁重入，那么需要在当前栈帧中创建LockRecord区域，产生性能开销。

HashCode

hashCode就是对象的散列码，是根据对象的某些信息推导出的一个整数值，默认情况下表示是对象的存储地址。由于堆中的对象位置不固定，会因为垃圾回收的缘故导致位置变化，所以对象的HashCode（未覆写的情况下）方法在第一次调用时需要存储起来，以保证同一个对象在任何时候调用HashCode返回相同的值。

补充

下图为对象头在各种状态下的MarkWord的结构

从图中可以看出，锁正常状态下，HashCode直接存储在对象头。
在轻量级锁中，HashCode存储在线程栈帧的Lock Record对象中

在重量级锁中，HashCode依然存在栈帧的Lock Record中，只不过对象头不再直接指向Lock Record，而是要先访问Monitor对象的Owner指针。
综上所述，在对象的各种状态中，唯独偏向锁没有合适的地方存储HashCode，那么当处于偏向锁时，此时又调用HashCode会发生什么呢？

测试

测试程序

package com.test.lock;
import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class BiasedLock {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Object a = new Object();
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable());
        a.hashCode();
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable());
        synchronized (a) {
            System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable());
        }
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(a).toPrintable());
        System.out.println("---------------------------");
        System.out.println("---------------------------");
        System.out.println("---------------------------");
        Object b = new Object();
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(b).toPrintable());
        synchronized (b) {
            System.out.println(ClassLayout.parseInstance(b).toPrintable());
            b.hashCode();
            System.out.println(ClassLayout.parseInstance(b).toPrintable());
        }
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(b).toPrintable());
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1L);
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(b).toPrintable());
        synchronized (b) {
            System.out.println(ClassLayout.parseInstance(b).toPrintable());
        }
    }
}

运行时会启用偏向锁，且启动延迟时间设为0（-XX:BiasedLockingStartupDelay=0）。
启用安全点日志输出（-Xlog:safepoint）用于观察锁降级现象。

maven依赖配置如下：

<dependency>
  <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
  <artifactId>jol-core</artifactId>
  <version>0.16</version>
</dependency>

测试步骤

启用偏向锁之后的MarkWord，调用HashCode之后，加锁时、加锁结束。
启用偏向锁之后的MarkWord，加锁时、加锁时并调用HashCode、加锁结束、睡眠1s后再观察、再次尝试加锁。
测试步骤1的结果

启用之后的MarkWord，可以看到转换二进制之后是101，表示偏向锁启用状态。

OFF  SZ   TYPE DESCRIPTION               VALUE
0   8        (object header: mark)     0x0000000000000005 (biasable; age: 0)
8   4        (object header: class)    0x00001000
12   4        (object alignment gap)

调用hashCode之后，二进制的后两位是01，表示无锁状态，说明偏向锁被撤销。

OFF  SZ   TYPE DESCRIPTION               VALUE
0   8        (object header: mark)     0x000000006379eb01 (hash: 0x006379eb; age: 0)
8   4        (object header: class)    0x00001000
12   4        (object alignment gap)

加锁时，二进制的后两位是00，表示轻量级锁，说明无锁状态下加锁，默认就是轻量级锁。

OFF  SZ   TYPE DESCRIPTION               VALUE
0   8        (object header: mark)     0x000000016fa66ab0 (thin lock: 0x000000016fa66ab0)
8   4        (object header: class)    0x00001000
12   4        (object alignment gap)

加锁结束后、MarkWord 恢复到和无锁状态一样的值，说明变回了无锁状态，而不是偏向锁。

OFF  SZ   TYPE DESCRIPTION               VALUE
0   8        (object header: mark)     0x000000006379eb01 (hash: 0x006379eb; age: 0)
8   4        (object header: class)    0x00001000
12   4        (object alignment gap)

测试步骤2的结果

启用之后的MarkWord，可以看到转换二进制之后是101，表示偏向锁启用状态。

OFF  SZ   TYPE DESCRIPTION               VALUE
0   8        (object header: mark)     0x0000000000000005 (biasable; age: 0)
8   4        (object header: class)    0x00001000
12   4        (object alignment gap)

加锁时，可以看到MarkWord中添加了线程Id的信息，处于偏向锁使用中状态。

OFF  SZ   TYPE DESCRIPTION               VALUE
0   8        (object header: mark)     0x0000000128008805 (biased: 0x00000000004a0022; epoch: 0; age: 0)
8   4        (object header: class)    0x00001000
12   4        (object alignment gap)

加锁时调用HashCode，可以看到转换二进制之后的尾数是10，偏向锁被撤销，直接升级为了重量级锁。

OFF  SZ   TYPE DESCRIPTION               VALUE
0   8        (object header: mark)     0x000000010780d182 (fat lock: 0x000000010780d182)
8   4        (object header: class)    0x00001000
12   4        (object alignment gap)

加锁结束时，可以看到对象还处于重量级锁状态。

OFF  SZ   TYPE DESCRIPTION               VALUE
0   8        (object header: mark)     0x000000010780d182 (fat lock: 0x000000010780d182)
8   4        (object header: class)    0x00001000
12   4        (object alignment gap)

加锁结束时，并休息1s后，JVM进入了SafePoint，而且对锁进行了降级。

[1.565s][info][safepoint] Application time: 1.0050304 seconds
[1.565s][info][safepoint] Entering safepoint region: Cleanup
[1.565s][info][safepoint] Leaving safepoint region
[1.565s][info][safepoint] Total time for which application threads were stopped: 0.0003323 seconds, Stopping threads took: 0.0000159 seconds
java.lang.Object object internals:
OFF  SZ   TYPE DESCRIPTION               VALUE
0   8        (object header: mark)     0x000000294425a701 (hash: 0x294425a7; age: 0)
8   4        (object header: class)    0x00001000
12   4        (object alignment gap)

再次尝试加锁，对象变为轻量级锁

OFF  SZ   TYPE DESCRIPTION               VALUE
0   8        (object header: mark)     0x000000016ffe6ab0 (thin lock: 0x000000016ffe6ab0)
8   4        (object header: class)    0x00001000
12   4        (object alignment gap)

Java 随笔

偏向锁与HashCode

简介

偏向锁

HashCode

补充

测试

测试程序

测试步骤

测试步骤1的结果

测试步骤2的结果