JVM鎖優化以及區別

偏向所鎖，輕量級鎖都是樂觀鎖，重量級鎖是悲觀鎖。 

首先簡單說下先偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖三者各自的應用場景：

• 偏向鎖：只有一個線程進入臨界區；
• 輕量級鎖：多個線程交替進入臨界區；
• 重量級鎖：多個線程同時進入臨界區。

還要明確的是，偏向鎖、輕量級鎖都是JVM引入的鎖優化手段，目的是下降線程同步的開銷。好比如下的同步代碼塊：

synchronized (lockObject) { // do something }

上述同步代碼塊中存在一個臨界區，假設當前存在Thread#1和Thread#2這兩個用戶線程，分三種狀況來討論：

• 狀況一：只有Thread#1會進入臨界區；
• 狀況二：Thread#1和Thread#2交替進入臨界區；
• 狀況三：Thread#1和Thread#2同時進入臨界區。

sychronized鎖優化解釋1：

上述的狀況一是偏向鎖的適用場景，此時當Thread#1進入臨界區時，JVM會將lockObject的對象頭Mark Word的鎖標誌位設爲「01」，同時會用CAS操做把Thread#1的線程ID記錄到Mark Word中，此時進入偏向模式。所謂「偏向」，指的是這個鎖會偏向於Thread#1，若接下來沒有其餘線程進入臨界區，則Thread#1再出入臨界區無需再執行任何同步操做。也就是說，若只有Thread#1會進入臨界區，實際上只有Thread#1初次進入臨界區時須要執行CAS操做，之後再出入臨界區都不會有同步操做帶來的開銷。

然而狀況一是一個比較理想的狀況，更多時候Thread#2也會嘗試進入臨界區。若Thread#2嘗試進入時Thread#1已退出臨界區，即此時lockObject處於未鎖定狀態，這時說明偏向鎖上發生了競爭（對應狀況二），此時會撤銷偏向，Mark Word中再也不存放偏向線程ID，而是存放hashCode和GC分代年齡，同時鎖標識位變爲「01」（表示未鎖定），這時Thread#2會獲取lockObject的輕量級鎖。由於此時Thread#1和Thread#2交替進入臨界區，因此偏向鎖沒法知足需求，須要膨脹到輕量級鎖。

再說輕量級鎖何時會膨脹到重量級鎖。若一直是Thread#1和Thread#2交替進入臨界區，那麼沒有問題，輕量鎖hold住。一旦在輕量級鎖上發生競爭，即出現「Thread#1和Thread#2同時進入臨界區」的狀況，輕量級鎖就hold不住了。 （根本緣由是輕量級鎖沒有足夠的空間存儲額外狀態，此時若不膨脹爲重量級鎖，則全部等待輕量鎖的線程只能自旋，可能會損失不少CPU時間）

 

sychronized鎖優化解釋2：

一個對象剛開始實例化的時候，沒有任何線程來訪問它的時候。它是可偏向的，意味着，它如今認爲只可能有一個線程來訪問它，因此當第一個線程來訪問它的時候，它會偏向這個線程，此時，對象持有偏向鎖。偏向第一個線程，這個線程在修改對象頭成爲偏向鎖的時候使用CAS操做，並將對象頭中的ThreadID改爲本身的ID，以後再次訪問這個對象時，只須要對比ID，不須要再使用CAS在進行操做。

一旦有第二個線程訪問這個對象，由於偏向鎖不會主動釋放，因此第二個線程能夠看到對象時偏向狀態，這時代表在這個對象上已經存在競爭了，檢查原來持有該對象鎖的線程是否依然存活，若是掛了，則能夠將對象變爲無鎖狀態，而後從新偏向新的線程，若是原來的線程依然存活，則立刻執行那個線程的操做棧，檢查該對象的使用狀況，若是仍然須要持有偏向鎖，則偏向鎖升級爲輕量級鎖，（偏向鎖就是這個時候升級爲輕量級鎖的）。若是不存在使用了，則能夠將對象回覆成無鎖狀態，而後從新偏向。     

輕量級鎖認爲競爭存在，可是競爭的程度很輕，通常兩個線程對於同一個鎖的操做都會錯開，或者說稍微等待一下（自旋），另外一個線程就會釋放鎖。 可是當自旋超過必定的次數，或者一個線程在持有鎖，一個在自旋，又有第三個來訪時，輕量級鎖膨脹爲重量級鎖，重量級鎖使除了擁有鎖的線程之外的線程都阻塞，防止CPU空轉。

 

 補充：輕量鎖膨脹到重量鎖有兩個條件

1.等待的線程自旋超過必定次數。

2.持有鎖的線程CAS釋放鎖，可是失敗。

解釋：

1.很顯然，自旋超過必定次數會消耗CPU資源，乾脆阻塞。

2.當線程CAS釋放鎖的時候，比較對象頭中的mark word是否指向本線程的lock record

(此處認爲還要比較對象頭中markword是否和線程lock record中的displace mark word相同，我認爲是沒道理的，由於此時lock record中的displaced存儲的是對象的hashcode，而對象的mark word中存儲的倒是指向lock record的指針，所以不可能相同。並且此處的CAS指得就是用hashcode替換指針）。當發現CAS失敗的時候，說明什麼？儘管有一個線程在自旋，可是仍是CAS失敗，說明競爭比較頻繁，所以升級成重量鎖，阻塞其餘線程，本身安安穩穩的釋放掉後再喚醒其餘線程，而後讓其餘線程競爭去。