Java锁的升级策略 偏向锁 轻量级锁 重量级锁

这三种锁是指锁的状态，而且是专门针对Synchronized关键字。JDK 1.6 为了减小"重量级锁"的性能消耗，引入了“偏向锁”和“轻量级锁”，锁一共拥有4种状态：无锁状态、偏向锁、轻量级锁、重量级锁。锁状态是经过对象头的Mark Word来进行标记的：

锁能够升级但不能降级，意味着偏向锁升级成轻量级锁后不能降级成偏向锁，这种锁升级却不能降级的策略，是为了提升得到锁和释放锁的效率

1. 重量级锁：依赖于底层操做系统的Mutex Lock，线程会被阻塞住
   • 缺点：加锁和解锁须要从用户态切换到内核态，性能消耗较大
2. 轻量级锁：基于重量级锁进行了优化(避免上下文切换，提升了性能)，它假设多线程竞争是互相错开的，不会发生线程阻塞，呢么上下文切换就是多余的
   • 第一个特色：采用了CAS操做加锁和解锁，因为轻量级锁的锁记录(Lock Record)是存放在对象头和线程空间里的，所以加锁和解锁不须要上下文切换，性能消耗较小
   • 第二个特色：一旦发生多线程竞争，首先基于“自旋锁”思想，自旋CPU循环等待一段时间，不会发生上下文切换，若是仍是没法得到锁，就将锁升级为重量级锁
3. 偏向锁：基于轻量级锁进行了优化(减小屡次的加锁和解锁，提升了性能)，它假设整个过程只有一个线程得到锁，呢么屡次的加锁和解锁就是多余的
   • 特色：在第一次得到锁以后不会释放锁，它会一直持有锁，后续进入锁时只需检查一下锁状态和偏向线程ID是否为本身，从而省去了屡次的加锁和解锁

1.偏向锁

获取锁：

1. 检测对象头的Mark Word是否为可偏向状态(便是否为偏向锁1，锁标志位是否为01)，若是不是，尝试竞争锁：尝试CAS操做将Mark Word的线程ID设置为当前线程ID，以表示线程得到锁，若是失败说明锁已被占用
2. 若为可偏向状态，则检查线程ID是否为当前线程ID，若是是则表示当前线程已经持有锁(锁的可重入)，不然说明锁已被占用
3. 若是锁已被占用，只能撤销偏向锁为无锁状态或轻量级锁

释放锁：（偏向锁使用了一种等到竞争出现才释放锁的机制，线程是不会主动释放偏向锁的，只有当其余线程竞争偏向锁时，持有偏向锁的线程才会释放锁。这样作的好处是大大减小了加锁和解锁的次数，提高性能）

1. 偏向锁的撤销须要等待全局安全点(在这个时间点没有正在执行的字节码)，暂停拥有偏向锁的线程，检查持有偏向锁的线程是否还活着
2. 若是线程挂了，则将对象头设置成无锁状态；若是线程仍然活着，则将对象头设置为轻量级锁(锁的升级)，最终轻量级锁必定会被释放

2.轻量级锁

获取锁：

1. 检测对象头的Mark Word是否为轻量级锁(锁标志位为00)，若是不是，尝试竞争锁：JVM首先在当前线程的栈帧中创建一个锁记录(Lock Record)，用于备份存储对象头的Mark Word(官方把这份拷贝加了一个Displaced前缀，称为Displaced Mark Word)，而后JVM尝试CAS操做将Mark Word更新为指向Lock Record的指针，以表示线程得到锁，若是失败说明锁已被占用
2. 若为轻量级锁，判断对象头的Mark Word是否指向当前线程的栈帧的Lock Record，若是是则表示当前线程已经持有锁(锁的可重入)，不然说明锁已被占用
3. 若是锁已被占用，当前线程便尝试自旋CPU来获取锁，自旋必定次数后轻量级锁会膨胀为重量级锁(锁标志位变成10)，线程进入阻塞

释放锁：

1. 尝试CAS操做将Displaced Mark Word中替换回对象头，若是成功，说明轻量级锁释放成功
2. 若是CAS操做失败，说明存在锁竞争，锁已经膨胀成重量级锁，须要在释放锁的同时唤醒那些被挂起的线程

3.重量级锁

重量级锁依赖于底层操做系统的Mutex Lock，全部线程都会被阻塞住，线程之间的切换须要从用户态到内核态，切换成本很是高。

总结：锁的优缺点对比

锁	优势	缺点	适用场景
偏向锁(Biased Lock)	加锁和解锁不须要额外的消耗，和执行非同步方法相比仅存在纳秒级的差距	若是线程间存在锁竞争，会带来额外的锁撤销	适用于只有一个线程访问
轻量级锁(Lightweight Lock)	竞争的线程不会阻塞，提升了程序的响应速度	对于得不到锁的线程，自旋会消耗CPU	追求响应时间，或者要求临界区简短，自旋不会占用CPU太久
重量级锁(Heavyweight Lock)	线程竞争不使用自旋，不会消耗CPU资源	线程阻塞，响应时间缓慢	追求吞吐量