Java并发编程基础-锁-synchronized状态变换

      synchoronized在Jdk1.6以前一直被称为重量锁，性能较差，不多被推荐使用。synchoronized在Jdk1.6中进行了大量优化，性能与JUC中的各类锁无差，也被逐渐的被大众所接受。

      synchoronized将锁状态记录在了对象头的MarkWord中，包含4种锁状态：无锁、偏向锁、轻量锁和重量锁，锁状态只能升级不能降级，即 无锁-->偏向锁-->轻量锁-->重量锁，目的是提升获取锁和释放锁的效率，对象几种状态的获取和释放以下：

1. 偏向锁
         大多数状况下，锁不存在多线程竞争，而老是由同一线程得到，为了让线程得到锁的代价更低（消除了同步）而引入了偏向锁。当对象第一次被线程获取的时候，会把MarkWord中的偏向标识位设为01（偏向锁状态），同时使用CAS操做将该线程的ID记录在MarkWord中，若是CAS操做成功，则该线程每次进入到这个锁相关的同步块时，虚拟机均可以不进行任何同步操做。
         当有另外的线程获取这个锁时，偏向模式就结束了，根据锁对象目前是否处于锁定的状态，会恢复到无锁状态（01）或者变为轻量锁状态（00），借用《Java并发编程艺术》的一张图，以下所示：
   
   
    
2. 轻量锁
         线程在执行同步块以前，JVM会先在当前线程栈帧中建立用于存储锁记录的空间，并将对象头中的MarkWord复制到锁记录中，官方称为Displaced Mark Word。而后线程尝试使用CAS操做将对象头中的MarkWord替换为指向锁记录的指针，若是成功，当前线程得到锁，若是失败，表示有其余线程竞争锁，当前线程开始自旋，若是自旋完成必定次数（多是50次、100次，能够经过启动参数配置自旋次数）当前线程尚未获取到锁，那么锁会开始膨胀，进化为重量锁。
         轻量锁解决时，使用CAS操做将Displace Mark Word 替换会对象头，若是成功，则表示没有竞争，若是失败（已经有线程将锁的状态修改成重量锁），则释放锁并唤醒等待线程，借用《Java并发编程艺术》的一张图，以下所示：
   
   
    
3. 重量锁
         由上面的轻量锁升级而来，一旦升级到重量锁，那么其余线程获取锁，都会被阻塞，等待释放锁。当持有锁的线程释放锁并唤醒等待线程时，等待的线程就会开始新一轮的竞争。

理解：

• 当单个线程进入同步块，使用偏向锁，成本低，不须要使用CAS操做
• 当两个线程依次进入同步块，使用轻量锁，单线程自旋也不会形成太多的CPU损耗
• 当两个或多个线程进入同步快，使用重量锁，让获取锁的线程以外的线程进行阻塞等待唤醒，效率更高。

PS：使用openjdk的JOL（Java Object Layout）工具能够观察各类线程竞争锁时，Java对象头的状态。

参考书籍及网址：

• 《Java并发编程艺术》

PS：研究基于MAC+Idea+JDK1.8 64位

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