JVM锁优化以及区别

偏向所锁，轻量级锁都是乐观锁，重量级锁是悲观锁。 

首先简单说下先偏向锁、轻量级锁、重量级锁三者各自的应用场景：

• 偏向锁：只有一个线程进入临界区；
• 轻量级锁：多个线程交替进入临界区；
• 重量级锁：多个线程同时进入临界区。

还要明确的是，偏向锁、轻量级锁都是JVM引入的锁优化手段，目的是下降线程同步的开销。好比如下的同步代码块：

synchronized (lockObject) { // do something }

上述同步代码块中存在一个临界区，假设当前存在Thread#1和Thread#2这两个用户线程，分三种状况来讨论：

• 状况一：只有Thread#1会进入临界区；
• 状况二：Thread#1和Thread#2交替进入临界区；
• 状况三：Thread#1和Thread#2同时进入临界区。

sychronized锁优化解释1：

上述的状况一是偏向锁的适用场景，此时当Thread#1进入临界区时，JVM会将lockObject的对象头Mark Word的锁标志位设为“01”，同时会用CAS操做把Thread#1的线程ID记录到Mark Word中，此时进入偏向模式。所谓“偏向”，指的是这个锁会偏向于Thread#1，若接下来没有其余线程进入临界区，则Thread#1再出入临界区无需再执行任何同步操做。也就是说，若只有Thread#1会进入临界区，实际上只有Thread#1初次进入临界区时须要执行CAS操做，之后再出入临界区都不会有同步操做带来的开销。

然而状况一是一个比较理想的状况，更多时候Thread#2也会尝试进入临界区。若Thread#2尝试进入时Thread#1已退出临界区，即此时lockObject处于未锁定状态，这时说明偏向锁上发生了竞争（对应状况二），此时会撤销偏向，Mark Word中再也不存放偏向线程ID，而是存放hashCode和GC分代年龄，同时锁标识位变为“01”（表示未锁定），这时Thread#2会获取lockObject的轻量级锁。由于此时Thread#1和Thread#2交替进入临界区，因此偏向锁没法知足需求，须要膨胀到轻量级锁。

再说轻量级锁何时会膨胀到重量级锁。若一直是Thread#1和Thread#2交替进入临界区，那么没有问题，轻量锁hold住。一旦在轻量级锁上发生竞争，即出现“Thread#1和Thread#2同时进入临界区”的状况，轻量级锁就hold不住了。 （根本缘由是轻量级锁没有足够的空间存储额外状态，此时若不膨胀为重量级锁，则全部等待轻量锁的线程只能自旋，可能会损失不少CPU时间）

 

sychronized锁优化解释2：

一个对象刚开始实例化的时候，没有任何线程来访问它的时候。它是可偏向的，意味着，它如今认为只可能有一个线程来访问它，因此当第一个线程来访问它的时候，它会偏向这个线程，此时，对象持有偏向锁。偏向第一个线程，这个线程在修改对象头成为偏向锁的时候使用CAS操做，并将对象头中的ThreadID改为本身的ID，以后再次访问这个对象时，只须要对比ID，不须要再使用CAS在进行操做。

一旦有第二个线程访问这个对象，由于偏向锁不会主动释放，因此第二个线程能够看到对象时偏向状态，这时代表在这个对象上已经存在竞争了，检查原来持有该对象锁的线程是否依然存活，若是挂了，则能够将对象变为无锁状态，而后从新偏向新的线程，若是原来的线程依然存活，则立刻执行那个线程的操做栈，检查该对象的使用状况，若是仍然须要持有偏向锁，则偏向锁升级为轻量级锁，（偏向锁就是这个时候升级为轻量级锁的）。若是不存在使用了，则能够将对象回复成无锁状态，而后从新偏向。     

轻量级锁认为竞争存在，可是竞争的程度很轻，通常两个线程对于同一个锁的操做都会错开，或者说稍微等待一下（自旋），另外一个线程就会释放锁。 可是当自旋超过必定的次数，或者一个线程在持有锁，一个在自旋，又有第三个来访时，轻量级锁膨胀为重量级锁，重量级锁使除了拥有锁的线程之外的线程都阻塞，防止CPU空转。

 

 补充：轻量锁膨胀到重量锁有两个条件

1.等待的线程自旋超过必定次数。

2.持有锁的线程CAS释放锁，可是失败。

解释：

1.很显然，自旋超过必定次数会消耗CPU资源，干脆阻塞。

2.当线程CAS释放锁的时候，比较对象头中的mark word是否指向本线程的lock record

(此处认为还要比较对象头中markword是否和线程lock record中的displace mark word相同，我认为是没道理的，由于此时lock record中的displaced存储的是对象的hashcode，而对象的mark word中存储的倒是指向lock record的指针，所以不可能相同。并且此处的CAS指得就是用hashcode替换指针）。当发现CAS失败的时候，说明什么？尽管有一个线程在自旋，可是仍是CAS失败，说明竞争比较频繁，所以升级成重量锁，阻塞其余线程，本身安安稳稳的释放掉后再唤醒其余线程，而后让其余线程竞争去。