Java併發編程基礎-鎖-synchronized狀態變換

      synchoronized在Jdk1.6以前一直被稱爲重量鎖，性能較差，不多被推薦使用。synchoronized在Jdk1.6中進行了大量優化，性能與JUC中的各類鎖無差，也被逐漸的被大衆所接受。

      synchoronized將鎖狀態記錄在了對象頭的MarkWord中，包含4種鎖狀態：無鎖、偏向鎖、輕量鎖和重量鎖，鎖狀態只能升級不能降級，即 無鎖-->偏向鎖-->輕量鎖-->重量鎖，目的是提升獲取鎖和釋放鎖的效率，對象幾種狀態的獲取和釋放以下：

1. 偏向鎖
         大多數狀況下，鎖不存在多線程競爭，而老是由同一線程得到，爲了讓線程得到鎖的代價更低（消除了同步）而引入了偏向鎖。當對象第一次被線程獲取的時候，會把MarkWord中的偏向標識位設爲01（偏向鎖狀態），同時使用CAS操做將該線程的ID記錄在MarkWord中，若是CAS操做成功，則該線程每次進入到這個鎖相關的同步塊時，虛擬機均可以不進行任何同步操做。
         當有另外的線程獲取這個鎖時，偏向模式就結束了，根據鎖對象目前是否處於鎖定的狀態，會恢復到無鎖狀態（01）或者變爲輕量鎖狀態（00），借用《Java併發編程藝術》的一張圖，以下所示：
   
   
    
2. 輕量鎖
         線程在執行同步塊以前，JVM會先在當前線程棧幀中建立用於存儲鎖記錄的空間，並將對象頭中的MarkWord複製到鎖記錄中，官方稱爲Displaced Mark Word。而後線程嘗試使用CAS操做將對象頭中的MarkWord替換爲指向鎖記錄的指針，若是成功，當前線程得到鎖，若是失敗，表示有其餘線程競爭鎖，當前線程開始自旋，若是自旋完成必定次數（多是50次、100次，能夠經過啓動參數配置自旋次數）當前線程尚未獲取到鎖，那麼鎖會開始膨脹，進化爲重量鎖。
         輕量鎖解決時，使用CAS操做將Displace Mark Word 替換會對象頭，若是成功，則表示沒有競爭，若是失敗（已經有線程將鎖的狀態修改成重量鎖），則釋放鎖並喚醒等待線程，借用《Java併發編程藝術》的一張圖，以下所示：
   
   
    
3. 重量鎖
         由上面的輕量鎖升級而來，一旦升級到重量鎖，那麼其餘線程獲取鎖，都會被阻塞，等待釋放鎖。當持有鎖的線程釋放鎖並喚醒等待線程時，等待的線程就會開始新一輪的競爭。

理解：

• 當單個線程進入同步塊，使用偏向鎖，成本低，不須要使用CAS操做
• 當兩個線程依次進入同步塊，使用輕量鎖，單線程自旋也不會形成太多的CPU損耗
• 當兩個或多個線程進入同步快，使用重量鎖，讓獲取鎖的線程以外的線程進行阻塞等待喚醒，效率更高。

PS：使用openjdk的JOL（Java Object Layout）工具能夠觀察各類線程競爭鎖時，Java對象頭的狀態。

參考書籍及網址：

• 《Java併發編程藝術》

PS：研究基於MAC+Idea+JDK1.8 64位

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