JavaSynchronized的偏向锁详细分析

CASE(_monitorenter): {
        // 拿到锁对象
        oop lockee = STACK_OBJECT(-1);
        // derefing's lockee ought to provoke implicit null check
        CHECK_NULL(lockee);
        // find a free monitor or one already allocated for this object
        // if we find a matching object then we need a new monitor
        // since this is recursive enter
        // 从当前线程栈中找到一个没有被使用的BasicObjectLock
        // 作用：用来记录锁状态
        BasicObjectLock* limit = istate->monitor_base();
        BasicObjectLock* most_recent = (BasicObjectLock*) istate->stack_base();
        BasicObjectLock* entry = NULL;
        while (most_recent != limit ) {
          if (most_recent->obj() == NULL) entry = most_recent;
          else if (most_recent->obj() == lockee) break;
          most_recent++;
        }
        if (entry != NULL) {
          // 抢坑，为什么这里不需要CAS，因为属于线程栈（线程变量），线程安全。
          entry->set_obj(lockee);
          int success = false;
          // 得到epoch的掩码。
          uintptr_t epoch_mask_in_place = (uintptr_t)markOopDesc::epoch_mask_in_place;
          // 得到当前锁对象的对象头。
          markOop mark = lockee->mark();
          intptr_t hash = (intptr_t) markOopDesc::no_hash;
          // implies UseBiasedLocking
          // 当前是偏向锁模式，可以用JVM参数UseBiasedLocking控制
          if (mark->has_bias_pattern()) {
            uintptr_t thread_ident;
            uintptr_t anticipated_bias_locking_value;
            thread_ident = (uintptr_t)istate->thread();
            // lockee->klass()->prototype_header() 是否拿到对象的类模板的头部信息。
            // lockee->klass()->prototype_header() | thread_ident) 是类模板头部信息组合上线程id
            // mark 是当前锁对象的头部信息。
            // markOopDesc::age_mask_in_place 是当前对象的年龄信息。
            // 所以与年龄无关
            // 所以拿锁对象的原型对象的对象头控制
            // lockee->klass()->prototype_header() | thread_ident) ^ (uintptr_t)mark 如果为0 代表当前对象头偏向锁偏向了当前线程
            anticipated_bias_locking_value =
              (((uintptr_t)lockee->klass()->prototype_header() | thread_ident) ^ (uintptr_t)mark) &
              ~((uintptr_t) markOopDesc::age_mask_in_place);
            // 等于0代表当前锁对象头部和类模板头部一样。
            // 所以这是一次偏向锁的命中。
            if  (anticipated_bias_locking_value == 0) {
              // already biased towards this thread, nothing to do
              if (PrintBiasedLockingStatistics) {
                (* BiasedLocking::biased_lock_entry_count_addr())++;
              }
              success = true;
            }
            // 当前对象头已经膨胀成轻量级或者重量级锁了。也即非偏向锁。
            else if ((anticipated_bias_locking_value & markOopDesc::biased_lock_mask_in_place) != 0) {
              // try revoke bias
              // 尝试撤销偏向锁
              markOop header = lockee->klass()->prototype_header();
              if (hash != markOopDesc::no_hash) {
                header = header->copy_set_hash(hash);
              }
              // CAS尝试取消偏向
              if (Atomic::cmpxchg_ptr(header, lockee->mark_addr(), mark) == mark) {
                if (PrintBiasedLockingStatistics)
                  (*BiasedLocking::revoked_lock_entry_count_addr())++;
              }
            }
            // 来到这里可能表示当前偏向于其他线程。
            // 而epoch发生了变动，表示批量撤销偏向锁了。
            // 当前线程可以尝试争抢一次偏向锁，没有成功就去锁升级
            else if ((anticipated_bias_locking_value & epoch_mask_in_place) !=0) {
              // try rebias
              // 尝试重偏向
              markOop new_header = (markOop) ( (intptr_t) lockee->klass()->prototype_header() | thread_ident);
              if (hash != markOopDesc::no_hash) {
                new_header = new_header->copy_set_hash(hash);
              }
              // CAS竞争，重偏向。
              if (Atomic::cmpxchg_ptr((void*)new_header, lockee->mark_addr(), mark) == mark) {
                if (PrintBiasedLockingStatistics)
                  (* BiasedLocking::rebiased_lock_entry_count_addr())++;
              }
              // CAS失败，锁升级
              else {
                  // 锁升级逻辑
                CALL_VM(InterpreterRuntime::monitorenter(THREAD, entry), handle_exception);
              }
              success = true;
            }
            // 来到这里表示，当前是匿名偏向锁（也即暂时还没有线程占用）
            // 或者是已经偏向了某个线程，所以这里CAS尝试一次
            else {
              // try to bias towards thread in case object is anonymously biased
              markOop header = (markOop) ((uintptr_t) mark & ((uintptr_t)markOopDesc::biased_lock_mask_in_place |
                                                              (uintptr_t)markOopDesc::age_mask_in_place |
                                                              epoch_mask_in_place));
              if (hash != markOopDesc::no_hash) {
                header = header->copy_set_hash(hash);
              }
              markOop new_header = (markOop) ((uintptr_t) header | thread_ident);
              // debugging hint
              DEBUG_ONLY(entry->lock()->set_displaced_header((markOop) (uintptr_t) 0xdeaddead);)
              // 如果是匿名偏向，这个CAS就有可能成功
              // 如果是已经偏向其他线程，这个CAS不能成功，直接往锁升级走
              if (Atomic::cmpxchg_ptr((void*)new_header, lockee->mark_addr(), header) == header) {
                if (PrintBiasedLockingStatistics)
                  (* BiasedLocking::anonymously_biased_lock_entry_count_addr())++;
              }
              // cas失败
              else {
                  // 锁升级逻辑
                CALL_VM(InterpreterRuntime::monitorenter(THREAD, entry), handle_exception);
              }
              success = true;
            }
          }
          // traditional lightweight locking
          // case1:如果当前已经锁升级了
          // case2:如果当前不支持偏向锁
          if (!success) {
            markOop displaced = lockee->mark()->set_unlocked();
            entry->lock()->set_displaced_header(displaced);
            bool call_vm = UseHeavyMonitors;
            // UseHeavyMonitors是JVM参数，是否直接开启重量级锁
            // 如果不直接开启，就CAS竞争轻量级锁，竞争成功就直接返回
            if (call_vm || Atomic::cmpxchg_ptr(entry, lockee->mark_addr(), displaced) != displaced) {
              // Is it simple recursive case?
              // CAS失败可能是锁重入，如果不是锁重入，那么就是竞争失败要往锁升级逻辑走了。
              if (!call_vm && THREAD->is_lock_owned((address) displaced->clear_lock_bits())) {
                  // 轻量级锁的锁重入
                entry->lock()->set_displaced_header(NULL);
              } else {
                  // 锁升级逻辑
                CALL_VM(InterpreterRuntime::monitorenter(THREAD, entry), handle_exception);
              }
            }
          }
          UPDATE_PC_AND_TOS_AND_CONTINUE(1, -1);
        } else {
          istate->set_msg(more_monitors);
          UPDATE_PC_AND_RETURN(0); // Re-execute
        }
      }