文章目錄

• 鎖升級原理
• 鎖的升級的目的
• 鎖的四種狀態(tài)
• 偏向鎖
• 輕量級鎖
• 重量級鎖
• 輕量級鎖和重量級鎖的對比
• 偏向鎖的設置
• • 開啟偏向鎖的方式：
• 自旋鎖自旋多少次競爭不到后會升級到重量級鎖？
• 為什么有了自旋鎖還需要重量級鎖？
• 偏向鎖是否一定比自旋鎖效率高？

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• 鎖一開始并不是進入到重量級狀態(tài)，一開始是在推廣階段是偏向鎖，再升級到輕量級鎖，再升級到重量級鎖。在推廣階段請求較少，用偏向鎖就能滿足要求

synchronized鎖升級原理：
在鎖對象的對象頭里面有一個threadid字段，在第一次訪問的時候threadid為空， jvm 讓其持有偏向鎖,并將threadid 設置為其線程id，再次進入的時候會先判斷。threadid是否與其線程id一致，如果一致則可以直接使用此對象，如果不一致，則升級偏向鎖為輕量級鎖，通過自旋循環(huán)一定次數來獲取鎖，執(zhí)行一定次數之后，如果還沒有正常獲取到要使用的對象，此時就會把鎖從輕量級升級為重量級鎖!此過程就構成了synchronized鎖的升級。

鎖的升級的目的

鎖的升級的目的：
鎖升級是為了減低了鎖帶來的性能消耗。在Java 6之后優(yōu)化 synchronized的實現方式，使用了偏向鎖升級為輕量級鎖再升級到重量級鎖的方式，從而減低了鎖帶來的性能消耗。

鎖的四種狀態(tài)

上面講到鎖有四種狀態(tài)，并且會因實際情況進行膨脹升級，其膨脹方向是:
無鎖——>偏向鎖——>輕量級鎖——>重量級鎖，并且膨脹方向不可逆。

偏向鎖

一句話總結它的作用： 減少統一線程獲取鎖的代價。在大多數情況下，鎖不存在多線程競爭，總是由同一線程多次獲得，那么此時就是偏向鎖。

• 優(yōu)點： 加鎖和解鎖不需要額外的消耗，和執(zhí)行非同步方法相比僅存在納秒級別的差距
• 缺點： 如果線程之間存在競爭，會帶來額外的鎖撤銷的消耗
• 使用場景： 適用于一個線程訪問同步塊的場景
• 核心思想： 如果一個線程獲得了鎖，那么鎖就進入偏向模式，此時Mark word的結構也就變?yōu)槠蜴i結構，當該線程再次請求鎖時，無需再做任何同步操作，即獲取鎖的過程只需要檢查Mark word的鎖標記位為偏向鎖以及當前線程ID等于Mark word的ThreadID即可，這樣就省去了大量有關鎖申請的操作。

輕量級鎖

• 輕量級鎖是由偏向鎖升級而來，當存在第二個線程申請同一個鎖對象時，偏向鎖就會立即升級為輕量級鎖。
• 注意這里的第二個線程只是申請鎖，不存在兩個線程同時競爭鎖，可以是一前一后地交替執(zhí)行同步塊。
• 自旋： 沒有競爭到資源的鎖，在極短的時間內查看一次資源
• 好處： 加鎖的速度快，能立刻查看到資源被解鎖并加上鎖
• 缺點： 沒競爭到資源的線程也會自旋，會浪費cpu開銷，損害cpu利用率
• 使用場景： 自旋鎖適合線程較少，少量并發(fā)的操作，因為這樣浪費的自旋操作少

重量級鎖

• 重量級鎖是由輕量級鎖升級而來，當同一時間有多個線程競爭鎖時，鎖就會被升級成重量級鎖，此時其申請鎖帶來的開銷也就變大。
• 流程： 競爭成功的加鎖，競爭失敗的進入阻塞隊列不參與競爭，cpu全力執(zhí)行競爭成功的任務，這樣cpu利用率比較高；釋放鎖之后會發(fā)一個通知，阻塞隊列的線程出來進入就緒隊列，再一次進行競爭，競爭失敗的再進入阻塞隊列。
• 好處： 競爭失敗的不會浪費cpu，并發(fā)量多的時候，使用重量級鎖，cpu浪費率比較低，整體性能更好一些；重量級鎖幾乎很少導致cpu浪費
• 缺點： 線程阻塞，響應時間慢。
• 使用場景： 適合線程很多，并發(fā)很多，追求吞吐量，同步塊或者同步方法執(zhí)行時間較長的場景。

輕量級鎖和重量級鎖的對比

• 輕量級鎖競爭的線程不會阻塞，提高程序響應速度；競爭不到線程的鎖也會自旋，會消耗cpu；適合追求響應時間快或同步塊執(zhí)行速度快的場景。
• 重量級鎖線程競爭失敗的會阻塞，不會自旋，不會消耗cpu；線程阻塞后，之前競爭成功的線程在鎖釋放后需要通知被阻塞的線程，響應時間變慢；適合追求吞吐量或同步塊執(zhí)行速度較長的場景。

偏向鎖的設置 開啟偏向鎖的方式：

—個對象創(chuàng)建時:

• 如果開啟了偏向鎖（默認開啟），那么對象創(chuàng)建后，markword值為0x05即最后3位為101，這時它的thread、epoch、age都為0。
• 偏向鎖是默認是延遲的，不會在程序啟動時立即生效，如果想避免延遲，可以加VM參數-xx:BiasedLockingStartupDelay=e來禁用延遲。
• 如果沒有開啟偏向鎖，那么對象創(chuàng)建后，markword值為0x01即最后3位為001，這時它的 hashcode,age都為0，第一次用到hashcode時才會賦值。
  禁用偏向鎖：
  VM 參數 -XX:-UseBiasedLocking
  特殊情況:
  調用 對象的hashcode方法時,偏向鎖也會被禁用. 這是因為調用了對象的 hashCode，但偏向鎖的對象 MarkWord 中存儲的是線程 id(54位)，如果調用 hashCode(31位) 會導致偏向鎖被撤銷。
  撤銷 - 其它線程使用對象:
  當有其它線程使用偏向鎖對象時，會將偏向鎖升級為輕量級鎖。
  批量撤銷:
  當撤銷偏向鎖閾值超過 40 次后，jvm 會這樣覺得，自己確實偏向錯了，根本就不該偏向。于是整個類的所有對象 都會變?yōu)椴豢善虻?，新建的對象也是不可偏向的?/li>

自旋鎖自旋多少次競爭不到后會升級到重量級鎖？

• Java6之前：默認10次或者cpu核數的一半
• Java6之后：根據同一個線程上次自旋的時間決定

為什么有了自旋鎖還需要重量級鎖？

自旋是消耗cpu性能的，如果時間過長或者自旋線程過多，cpu會被大量消耗重量級鎖中有隊列waitSet

偏向鎖是否一定比自旋鎖效率高？

• 單線程的時候偏向鎖效率高
• 多個線程的時候偏向鎖會涉及鎖撤銷，消耗資源，這時自旋鎖效率高

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