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Java 中偏向锁在多线程竞争时的撤销机制如何运作

  发布于2026-07-08 阅读(0)

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偏向锁在多线程竞争时,并不会像我们想象的那样“自动释放”或者“主动退出”。实际上,它是被被动撤销的——这个过程不由持有锁的线程自己发起,而是当另一个线程想要获取锁时,JVM检测到竞争后,立刻“踩一脚刹车”,强制启动清理操作。

Ja va 中偏向锁在多线程竞争时的撤销机制如何运作

撤销发生的准确时机

这里有个关键点:只要另一个线程进入 synchronized 块,并发现对象头中记录的偏向线程 ID 跟自己对不上,撤销就已经触发了。注意,不需要这个竞争线程真的成功拿到锁——哪怕它CAS操作失败了,撤销也一样会进行。

不过,撤销并不会立即执行。JVM必须等到所有线程都运行到一个安全点(safepoint),才能开始做这个清理工作。更有意思的是,就算持有偏向锁的线程早就退出了同步块,JVM也得在安全点把它挂起来,检查完它的栈帧,再完成撤销。也就是说,哪怕没人在用,该走的流程一步都不会少。

撤销过程的关键步骤

听起来复杂,但撤销本质上是一次带状态迁移的原子操作,具体分为几步:

  • 首先,通过对象头里的线程 ID,找到那个持有偏向锁的线程;
  • 然后,遍历它的线程栈帧,确认它到底还在不在执行原来的同步块里;
  • 接着,根据检查结果走两条路:如果持有线程已经退出了同步块,就把对象头恢复成无锁状态(标志位 01);如果它还在里面,那就升级成轻量级锁(标志位 00,同时写入指向栈中锁记录的指针);
  • 对象头更新完成后,后面再有人来加锁,就直接走轻量级锁的逻辑了——CAS加自旋。

批量撤销与阈值控制

单次撤销的开销其实不大,但万一遇到高频竞争,频繁触发安全点停顿就麻烦了。为此,JVM设计了一套批量机制:

  • 当同一类对象的偏向锁被撤销达到40次(默认值 BiasedLockingBulkRevokeThreshold=40),JVM会直接禁用该类所有新实例的偏向锁;
  • 同时,已经存在的偏向对象会被批量撤销,之后新创建的对象,默认就是无锁或轻量级锁状态;
  • 这个机制是不可逆的——除非重启JVM,或者通过类卸载配合显式重置类元数据(比如用 -XX:BiasedLockingStartupDelay=0),否则回不来。

哪些操作会强制触发撤销

除了线程竞争,还有几种行为也会导致偏向锁直接失效:

  • 调用对象的 hashCode()——这会直接覆盖 Mark Word 里的线程 ID 字段;
  • 调用 wait()notify()——这类操作必须升级为重量级锁,连带撤销偏向状态;
  • 显式关闭偏向锁,比如加上 -XX:-UseBiasedLocking(JDK 15 之后默认就是关闭的)。
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