Synchronized的升级过程

锁的升级过程

Java中锁的升级可以分为：

无锁--->偏向锁--->轻量级锁--->重量级锁

偏向锁：

当锁对象第一次被线程获取进入偏向状态，标记为101，同时CAS，将线程ID记录到MarkWord中，如果CAS成功，这个线程以后进入自己的同步块查看这个ID是自己表示没有竞争，无需任何操作。

一个对象创建时：

• 如果开启了偏向锁，对象创建后MarkWord值为0x05，即最后3位为101.thread、epoch、age都为0。

• 偏向锁是默认延迟的，不会在程序启动时立即启动。

• 当一个对象已经计算过hashCode，就再也无法进入偏向状态了。

• 添加VM参数 --XX：-UseBiasedLocking 禁用偏向锁。

撤销偏向状态：

1. 调用对象的hashCode：偏向锁的markword记录的是线程的ID,调用hashCode导致偏向锁被撤销。

2. 当有其他线程使用偏向锁对象时，会将偏向锁升级为轻量级锁。

3. 调用wait/notify 需要申请Monitor，进入waitSet

轻量级锁

多个线程竞争同一个锁的时候，JVM会将锁从偏向锁升级到轻量级锁。在轻量级锁中Markword中记录了指向锁记录的指针。

线程获取轻量级锁，会使用CAS操作，将MarkWord替换成指向自己的锁记录的指针，如果CAS成功，则说明获取轻量级锁成功，可以进入同步块，如果CAS失败，则表示锁竞争失败，需要升级为重量级锁。

具体流程

1. 创建锁记录(Lock Record) 对象，每个线程的栈帧都会包含一个锁记录的结构，存储锁定对象的MarkWord。

2. 让所记录中的Object reference指向被锁住的对象，并尝试用CAS替换Object的Mark Word,将Mark Word的值替换，存入锁记录。

   1. 如果CAS成功，对象头中存储了锁记录地址和状态00(轻量级锁)，表示由该线程给对象加锁。

   2. 如果CAS失败：

      1. 如果其他线程已经持有了该Object的轻量级锁，这时表明有竞争，进入锁膨胀过程。

      2. 如果是线程自己执行了synchronized锁重入，就添加一条Lock Record作为重入的计数

1. 当退出synchronized代码块(解锁)：

   1. 如果有取值为null的锁记录，表示重入，这时重置锁记录，表示重入计数-1。

   2. 如果锁记录不为null,这时使用CAS，将MarkWord的值恢复给对象头

      1. 成功，则解锁成功。

      2. 失败，则说明轻量级锁进行了锁膨胀或已经升级为重量级锁，进入重量级锁解锁流程。

重量级锁

Thread-1加锁失败，进入锁膨胀阶段，为Object对象申请Monitor锁，通过object对象头获取到持有锁的线程，将该线程设置为owner，将对象头的markword设置为指向monitor的地址。然后自己进入Monitor的EntryList BLOCKED.

当Thread-0退出代码块解锁：

使用CAS将MarkWord的值恢复给对象头失败，进入重量级锁的解锁流程。即按照Monitor找到Monitor，将owner设置为null,唤醒EntryList中的BLOCKEd线程。