并发编程--偏向锁、轻量级锁

锁的升级与对比

Java SE 1.6为了减少获得锁和释放锁带来的性能消耗，引入了“偏向锁”和“轻量级锁”，在 Java SE 1.6中，锁一共有4种状态，级别从低到高依次是:无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状 态和重量级锁状态，这几个状态会随着竞争情况逐渐升级。锁可以升级但不能降级，意味着偏 向锁升级成轻量级锁后不能降级成偏向锁。这种锁升级却不能降级的策略，目的是为了提高 获得锁和释放锁的效率。

偏向锁

大多数情况下，锁不仅不存在多线程竞争，而且总是由同 一线程多次获得，为了让线程获得锁的代价更低而引入了偏向锁。

当一个线程访问同步块并 获取锁时，会在对象头和栈帧中的锁记录里存储锁偏向的线程ID，以后该线程在进入和退出 同步块时不需要进行CAS操作来加锁和解锁，只需简单地测试一下对象头的Mark Word里是否 存储着指向当前线程的偏向锁。

• 如果测试成功，表示线程已经获得了锁。
• 如果测试失败，则需 要再测试一下Mark Word中偏向锁的标识是否设置成1(表示当前是偏向锁):
  • 如果没有设置，则 使用CAS竞争锁;
  • 如果设置了，则尝试使用CAS将对象头的偏向锁指向当前线程。

偏向锁的撤销：

偏向锁使用了一种等到竞争出现才释放锁的机制，所以当其他线程尝试竞争偏向锁时， 持有偏向锁的线程才会释放锁。

偏向锁的撤销，需要等待全局安全点(在这个时间点上没有正 在执行的字节码)。

• 它会首先暂停拥有偏向锁的线程，然后检查持有偏向锁的线程是否活着：
  • 如果线程不处于活动状态，则将对象头设置成无锁状态;
  • 如果线程仍然活着，拥有偏向锁的栈 会被执行，遍历偏向对象的锁记录，栈中的锁记录和对象头的Mark Word要么重新偏向于其他 线程，要么恢复到无锁或者标记对象不适合作为偏向锁，最后唤醒暂停的线程。

偏向锁的获得和撤销流程：

注意： 偏向锁在Java 6和Java 7里是默认启用的，但是它在应用程序启动几秒钟之后才激活，如有必要可以使用JVM参数来关闭延迟：-XX:BiasedLockingStartupDelay=0。

如果你确定应用程序里所有的锁通常情况下处于竞争状态，可以通过JVM参数关闭偏向锁：-XX:- UseBiasedLocking=false，那么程序默认会进入轻量级锁状态。

轻量级锁

轻量级锁加锁：

线程在执行同步块之前，JVM会先在当前线程的栈桢中创建用于存储锁记录的空间，并将对象头中的Mark Word复制到锁记录中，官方称为Displaced Mark Word。然后线程尝试使用CAS将对象头中的Mark Word替换为指向锁记录的指针：

• 如果成功，当前线程获得锁；
• 如果失败，表示其他线程竞争锁，当前线程便尝试使用自旋来获取锁。

轻量级锁解锁：

轻量级解锁时，会使用原子的CAS操作将Displaced Mark Word替换回到对象头：

• 如果成功，则表示没有竞争发生；
• 如果失败，表示当前锁存在竞争，锁就会膨胀成重量级锁。

下图为两个线程同时争夺锁，导致锁膨胀的流程图。

因为自旋会消耗CPU，为了避免无用的自旋（比如获得锁的线程被阻塞住了），一旦锁升级成重量级锁，就不会再恢复到轻量级锁状态。当锁处于这个状态下，其他线程试图获取锁时，都会被阻塞住，当持有锁的线程释放锁之后会唤醒这些线程，被唤醒的线程就会进行新一轮的夺锁之争。

锁的优缺点对比