Java锁的升级与对比

Java锁的升级与对比

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。

注：
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。

1 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 。
• 如果存在，表示线程已经获得了锁。如果不存在，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；如果设置为1，则尝试使用CAS将对象头的偏向锁指向当前线程。

对象头中Mark Word的状态变化：

（1）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，如果持有偏向锁的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，则会遍历偏向对象的锁记录，此时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。

2 轻量级锁

（1）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 MarkWord。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。

注：
对象头里Mark Word预期值，和Mark Word中的当前值相等，则说明没有竞争，可以将Mark Word替换为指向锁记录的指针。

（2）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。

注：
对象头里Mark Word预期值，和Mark Word中的当前值相等，则说明没有竞争，可以将Displaced Mark Word替换回到对象头。

锁的优缺点对比：