锁的升级

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。

• 偏向锁只会在第一次请求时采用CAS操作，在锁对象的标记字段中记录下当前线程的地址。在之后的运行过程中，持有该偏向锁的线程的加锁操作将直接返回。它针对的是锁仅会被同一线程持有的情况。

• 轻量级锁采用CAS操作，将锁对象的标记字段替换为一个指针，指向当前线程栈上的一块空间，存储着锁对象原本的标记字段。它针对的是多个线程在不同时间段申请同一把锁的情况。

• 重量级锁会阻塞、唤醒请求加锁的线程。它针对的是多个线程同时竞争同一把锁的情况。Java虚拟机采取了自适应自旋，来避免线程在面对非常小的synchronized代码块时，仍会被阻塞、唤醒的情况。

不同级别锁的优缺点对比如下：

偏向锁

多数情况下，锁不会存在竞争，而是同一个线程多次获得。当某个线程访问同步块代码时，会将锁对象和栈帧中的锁记里存储锁偏向的线程ID，以后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，只需简单比对一下对象头中的MarkWord里的线程ID，如果一致则表示线程获得锁。若不一致，再继续测试偏向锁的标识是否为1：如果没有设置(无锁状态)，用CAS(Compare and Swap)竞争锁；如果设置了，尝试使用CAS将对象头的偏向锁指向当前线程。

当有另一个线程尝试竞争锁时，持有偏向锁的线程才会释放锁。需要等待全局安全点（在这个时间点上没有字节码正在执行），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。

Java 6，7默认开启偏向锁，可以通过JVM的参数 -XX:-UsebiasedLocking=false 关闭。

轻量级锁

加锁的流程中，锁记录存储在栈桢，会将对象头的MarkWord复制到锁记录。线程在执行同步块时，会尝试用CAS将对象头的MarkWord替换为指向锁记录的指针，若成功，获得锁；失败表示其他线程竞争锁，当前线程尝试使用自旋获取锁。解锁的流程中，类似于加锁反向操作，会将锁记录复制会对象头的MarkWord。若成功，表示操作过程中没有竞争发生；若失败，存在竞争，锁会膨胀成重量级锁。

当膨胀到重量级锁时，不会再通过自选获得锁(自旋时线程处于活动状态，会消耗CPU)，而是将线程阻塞，获得锁的线程执行完后会释放重量级锁，此时唤醒因为锁阻塞的线程，进行新一轮的竞争。

重量级锁

Links

• https://www.cnblogs.com/yuhangwang/p/11295940.html 锁膨胀的源码分析