多线程番外篇-锁升级、偏向锁

从JDK1.6开始，synchronized锁的实现发生了很大的变化；JVM引入了相应的优化手段来提升synchronized锁的性能，这种提升涉及到偏向锁，轻量级锁以及重量级锁，从而减少锁的竞争带来的用户态与内核态之间的切换；这种锁的优化实际上是通过java对象头中的一些标志位去实现的；对于锁的访问与改变，实际上都是与java对象头息息相关。

对象实例在堆中会被划分为三个部分：对象头，实例数据与对其填充。对象头也是由三块内容来构成：1.Mark Word 2.指向类的指针 3.数组长度

其中Mark Word（它记录了对象，锁及垃圾回收的相关信息，在64位的JVM中，其长度也是64bit的）的位信息包括如下组成部分：1.无锁标记 2.偏向锁标记 3.轻量级锁标记 4.重量级锁标记 5.GC标记

对于synchronized锁来说，锁的升级主要是通过Mark Word 中的锁标记位与是否是偏向锁标记为来达成的；synchronized关键字所对象的锁都是先从偏向锁开始，随着锁竞争的不断升级，逐步演化至轻量级锁，最后变成了重量级锁。

1. 偏向锁：

   针对一个线程来说的，主要作用是优化同一个线程多次获取一个锁的情况， 当一个线程执行了一个synchronized方法的时候，肯定能得到对象的monitor，这个方法所在的对象就会在Mark Work处设为偏向锁标记，还会有一个字段指向拥有锁的这个线程的线程ID。当这个线程再次访问同一个synchronized方法的时候，如果按照通常的方法，这个线程还是要尝试获取这个对象的monitor，再执行这个synchronized方法。但是由于Mark Word的存在，当第二个线程再次来访问的时候，就会检查这个对象的Mark Word的偏向锁标记，再判断一下这个字段记录的线程ID是不是跟第二个线程的ID是否相同的。如果相同，就无需再获取monitor了，直接进入方法体中。

   如果是另一个线程访问这个synchronized方法，那么实际情况会如何呢？：偏向锁会被取消掉。

2. 轻量级锁：

   若第一个线程已经获取到了当前对象的锁，这是第二个线程又开始尝试争抢该对象的锁，由于该对象的锁已经被第一个线程获取到，因此它是偏向锁，而第二个线程再争抢时，会发现该对象头中的Mark Word已经是偏向锁，但里面储存的线程ID并不是自己（是第一个线程），那么她会进行CAS(Compare and Swap)，从而获取到锁，这里面存在两种情况：

   1. 获取到锁成功（一共只有两个线程）：那么它会将Mark Word 中的线程ID由第一个线程变成自己(偏向锁标记位保持不表)，这样该对象依然会保持偏向锁的状态
   2. 获取锁师表（一共不止两个线程）：则表示这时可能会有多个线程同时再尝试争抢该对象的锁，那么这是偏向锁就会进行升级，升级为轻量级锁
3. 自旋锁，

   若自旋失败，那么锁就会转化为重量级锁，在这种情况下，无法获取到锁的线程都会进入到moniter(即内核态)，自旋最大的特点是避免了线程从用户态进入到内核态。