Java鎖的升級策略 偏向鎖 輕量級鎖 重量級鎖

這三種鎖是指鎖的狀態，而且是專門針對Synchronized關鍵字。JDK 1.6 爲了減小"重量級鎖"的性能消耗，引入了「偏向鎖」和「輕量級鎖」，鎖一共擁有4種狀態：無鎖狀態、偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖。鎖狀態是經過對象頭的Mark Word來進行標記的：

鎖能夠升級但不能降級，意味着偏向鎖升級成輕量級鎖後不能降級成偏向鎖，這種鎖升級卻不能降級的策略，是爲了提升得到鎖和釋放鎖的效率

1. 重量級鎖：依賴於底層操做系統的Mutex Lock，線程會被阻塞住
   • 缺點：加鎖和解鎖須要從用戶態切換到內核態，性能消耗較大
2. 輕量級鎖：基於重量級鎖進行了優化(避免上下文切換，提升了性能)，它假設多線程競爭是互相錯開的，不會發生線程阻塞，呢麼上下文切換就是多餘的
   • 第一個特色：採用了CAS操做加鎖和解鎖，因爲輕量級鎖的鎖記錄(Lock Record)是存放在對象頭和線程空間裏的，所以加鎖和解鎖不須要上下文切換，性能消耗較小
   • 第二個特色：一旦發生多線程競爭，首先基於「自旋鎖」思想，自旋CPU循環等待一段時間，不會發生上下文切換，若是仍是沒法得到鎖，就將鎖升級爲重量級鎖
3. 偏向鎖：基於輕量級鎖進行了優化(減小屢次的加鎖和解鎖，提升了性能)，它假設整個過程只有一個線程得到鎖，呢麼屢次的加鎖和解鎖就是多餘的
   • 特色：在第一次得到鎖以後不會釋放鎖，它會一直持有鎖，後續進入鎖時只需檢查一下鎖狀態和偏向線程ID是否爲本身，從而省去了屢次的加鎖和解鎖

1.偏向鎖

獲取鎖：

1. 檢測對象頭的Mark Word是否爲可偏向狀態(便是否爲偏向鎖1，鎖標誌位是否爲01)，若是不是，嘗試競爭鎖：嘗試CAS操做將Mark Word的線程ID設置爲當前線程ID，以表示線程得到鎖，若是失敗說明鎖已被佔用
2. 若爲可偏向狀態，則檢查線程ID是否爲當前線程ID，若是是則表示當前線程已經持有鎖(鎖的可重入)，不然說明鎖已被佔用
3. 若是鎖已被佔用，只能撤銷偏向鎖爲無鎖狀態或輕量級鎖

釋放鎖：（偏向鎖使用了一種等到競爭出現才釋放鎖的機制，線程是不會主動釋放偏向鎖的，只有當其餘線程競爭偏向鎖時，持有偏向鎖的線程纔會釋放鎖。這樣作的好處是大大減小了加鎖和解鎖的次數，提高性能）

1. 偏向鎖的撤銷須要等待全局安全點(在這個時間點沒有正在執行的字節碼)，暫停擁有偏向鎖的線程，檢查持有偏向鎖的線程是否還活着
2. 若是線程掛了，則將對象頭設置成無鎖狀態；若是線程仍然活着，則將對象頭設置爲輕量級鎖(鎖的升級)，最終輕量級鎖必定會被釋放

2.輕量級鎖

獲取鎖：

1. 檢測對象頭的Mark Word是否爲輕量級鎖(鎖標誌位爲00)，若是不是，嘗試競爭鎖：JVM首先在當前線程的棧幀中創建一個鎖記錄(Lock Record)，用於備份存儲對象頭的Mark Word(官方把這份拷貝加了一個Displaced前綴，稱爲Displaced Mark Word)，而後JVM嘗試CAS操做將Mark Word更新爲指向Lock Record的指針，以表示線程得到鎖，若是失敗說明鎖已被佔用
2. 若爲輕量級鎖，判斷對象頭的Mark Word是否指向當前線程的棧幀的Lock Record，若是是則表示當前線程已經持有鎖(鎖的可重入)，不然說明鎖已被佔用
3. 若是鎖已被佔用，當前線程便嘗試自旋CPU來獲取鎖，自旋必定次數後輕量級鎖會膨脹爲重量級鎖(鎖標誌位變成10)，線程進入阻塞

釋放鎖：

1. 嘗試CAS操做將Displaced Mark Word中替換回對象頭，若是成功，說明輕量級鎖釋放成功
2. 若是CAS操做失敗，說明存在鎖競爭，鎖已經膨脹成重量級鎖，須要在釋放鎖的同時喚醒那些被掛起的線程

3.重量級鎖

重量級鎖依賴於底層操做系統的Mutex Lock，全部線程都會被阻塞住，線程之間的切換須要從用戶態到內核態，切換成本很是高。

總結：鎖的優缺點對比

鎖	優勢	缺點	適用場景
偏向鎖(Biased Lock)	加鎖和解鎖不須要額外的消耗，和執行非同步方法相比僅存在納秒級的差距	若是線程間存在鎖競爭，會帶來額外的鎖撤銷	適用於只有一個線程訪問
輕量級鎖(Lightweight Lock)	競爭的線程不會阻塞，提升了程序的響應速度	對於得不到鎖的線程，自旋會消耗CPU	追求響應時間，或者要求臨界區簡短，自旋不會佔用CPU太久
重量級鎖(Heavyweight Lock)	線程競爭不使用自旋，不會消耗CPU資源	線程阻塞，響應時間緩慢	追求吞吐量