Java鎖的升級(jí)策略 偏向鎖 輕量級(jí)鎖 重量級(jí)鎖

這三種鎖是指鎖的狀態(tài)，并且是專門針對(duì)Synchronized關(guān)鍵字。JDK 1.6 為了減少"重量級(jí)鎖"的性能消耗，引入了“偏向鎖”和“輕量級(jí)鎖”，鎖一共擁有4種狀態(tài)：無鎖狀態(tài)、偏向鎖、輕量級(jí)鎖、重量級(jí)鎖。鎖狀態(tài)是通過對(duì)象頭的Mark Word來進(jìn)行標(biāo)記的：

鎖可以升級(jí)但不能降級(jí)，意味著偏向鎖升級(jí)成輕量級(jí)鎖后不能降級(jí)成偏向鎖，這種鎖升級(jí)卻不能降級(jí)的策略，是為了提高獲得鎖和釋放鎖的效率

重量級(jí)鎖：依賴于底層操作系統(tǒng)的Mutex Lock，線程會(huì)被阻塞住

缺點(diǎn)：加鎖和解鎖需要從用戶態(tài)切換到內(nèi)核態(tài)，性能消耗較大

輕量級(jí)鎖：基于重量級(jí)鎖進(jìn)行了優(yōu)化(避免上下文切換，提高了性能)，它假設(shè)多線程競(jìng)爭(zhēng)是互相錯(cuò)開的，不會(huì)發(fā)生線程阻塞，呢么上下文切換就是多余的

第一個(gè)特點(diǎn)：采用了CAS操作加鎖和解鎖，由于輕量級(jí)鎖的鎖記錄(Lock Record)是存放在對(duì)象頭和線程空間里的，因此加鎖和解鎖不需要上下文切換，性能消耗較小

第二個(gè)特點(diǎn)：一旦發(fā)生多線程競(jìng)爭(zhēng)，首先基于“自旋鎖”思想，自旋CPU循環(huán)等待一段時(shí)間，不會(huì)發(fā)生上下文切換，如果還是無法獲得鎖，就將鎖升級(jí)為重量級(jí)鎖

偏向鎖：基于輕量級(jí)鎖進(jìn)行了優(yōu)化(減少多次的加鎖和解鎖，提高了性能)，它假設(shè)整個(gè)過程只有一個(gè)線程獲得鎖，呢么多次的加鎖和解鎖就是多余的

特點(diǎn)：在第一次獲得鎖之后不會(huì)釋放鎖，它會(huì)一直持有鎖，后續(xù)進(jìn)入鎖時(shí)只需檢查一下鎖狀態(tài)和偏向線程ID是否為自己，從而省去了多次的加鎖和解鎖

1.偏向鎖

獲取鎖：

檢測(cè)對(duì)象頭的Mark Word是否為可偏向狀態(tài)(即是否為偏向鎖1，鎖標(biāo)志位是否為01)，如果不是，嘗試競(jìng)爭(zhēng)鎖：嘗試CAS操作將Mark Word的線程ID設(shè)置為當(dāng)前線程ID，以表示線程獲得鎖，如果失敗說明鎖已被占用

若為可偏向狀態(tài)，則檢查線程ID是否為當(dāng)前線程ID，如果是則表示當(dāng)前線程已經(jīng)持有鎖(鎖的可重入)，否則說明鎖已被占用

如果鎖已被占用，只能撤銷偏向鎖為無鎖狀態(tài)或輕量級(jí)鎖

釋放鎖：（偏向鎖使用了一種等到競(jìng)爭(zhēng)出現(xiàn)才釋放鎖的機(jī)制，線程是不會(huì)主動(dòng)釋放偏向鎖的，只有當(dāng)其他線程競(jìng)爭(zhēng)偏向鎖時(shí)，持有偏向鎖的線程才會(huì)釋放鎖）

偏向鎖的撤銷需要等待全局安全點(diǎn)(在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)沒有正在執(zhí)行的字節(jié)碼)，暫停擁有偏向鎖的線程，檢查持有偏向鎖的線程是否還活著

如果線程掛了，則將對(duì)象頭設(shè)置成無鎖狀態(tài)；如果線程仍然活著，則將對(duì)象頭設(shè)置為輕量級(jí)鎖(鎖的升級(jí))，最終輕量級(jí)鎖一定會(huì)被釋放

2.輕量級(jí)鎖

獲取鎖：

檢測(cè)對(duì)象頭的Mark Word是否為輕量級(jí)鎖(鎖標(biāo)志位為00)，如果不是，嘗試競(jìng)爭(zhēng)鎖：JVM首先在當(dāng)前線程的棧幀中建立一個(gè)鎖記錄(Lock Record)，用于備份存儲(chǔ)對(duì)象頭的Mark Word(官方把這份拷貝加了一個(gè)Displaced前綴，稱為Displaced Mark Word)，然后JVM嘗試CAS操作將Mark Word更新為指向Lock Record的指針，以表示線程獲得鎖，如果失敗說明鎖已被占用

若為輕量級(jí)鎖，判斷對(duì)象頭的Mark Word是否指向當(dāng)前線程的棧幀的Lock Record，如果是則表示當(dāng)前線程已經(jīng)持有鎖(鎖的可重入)，否則說明鎖已被占用

如果鎖已被占用，當(dāng)前線程便嘗試自旋CPU來獲取鎖，自旋一定次數(shù)后輕量級(jí)鎖會(huì)膨脹為重量級(jí)鎖(鎖標(biāo)志位變成10)，線程進(jìn)入阻塞

釋放鎖：

嘗試CAS操作將Displaced Mark Word中替換回對(duì)象頭，如果成功，說明輕量級(jí)鎖釋放成功

如果CAS操作失敗，說明存在鎖競(jìng)爭(zhēng)，鎖已經(jīng)膨脹成重量級(jí)鎖，需要在釋放鎖的同時(shí)喚醒那些被掛起的線程

3.重量級(jí)鎖

重量級(jí)鎖依賴于底層操作系統(tǒng)的Mutex Lock，所有線程都會(huì)被阻塞住，線程之間的切換需要從用戶態(tài)到內(nèi)核態(tài)，切換成本非常高。

總結(jié)：鎖的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比