锁的升级与对比

一. 背景

Java SE1.6 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。

(1).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依次升级。

(2).锁可以升级，但不能被降级，这意味着偏向锁升级为轻量级状态锁后不能降级成偏向锁。

(3).这种锁升级但不能降级的策略目的是提高获得锁和释放锁的效率。

1. 偏向锁

当一个线程访问同步快并获得锁时，会在对象头和栈帧的所记录存储锁偏向的线程id，以后该线程再次进出同步块是没就不需要进行CAS操作开加锁和解锁，只需简单的测试一下对象头的Mark Word里是否储存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，如果测试失败则需再测试Mark Word中的偏向锁标志是否设置为1（表示当前是偏向锁）：

• 是，则尝试使用CAS将对象头的偏向锁指向当前线程

• 否，则使用CAS竞争锁。
  偏向锁的撤销
  偏向锁使用了一种机制——等竞争出现时才释放锁的机制，所以当其他显示尝试竞争锁时，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（这个时间点上没有正在执行的字节码）。它会暂停拥有偏向锁的线程，然后检查持有偏向锁的线程是否存活，如果线程不处于活动状态，则将对象头设置为无锁状态；如果线程任然或者，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要么偏向其他线程，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。

1. 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帧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

轻量级锁解锁时，会使用原子的CAS操作将Displaced Mark Word替换到对象头，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。

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了），一旦线程升级成为重量级锁，就不会恢复到轻量级锁的状态。当锁处于这个状态，其他线程试图获取锁时，都会被阻塞。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。
3.锁的优缺点对比

通俗来讲就是：

偏向锁：仅有一个线程进入临界区
轻量级锁：多个线程交替进入临界区
重量级锁：多个线程同时进入临界区