移步java多線程系列文章
Java SE 1.6為了減少獲得鎖和釋放鎖帶來的性能消耗，引入了“偏向鎖”和“輕量級(jí)鎖”。

1 鎖的狀態(tài)

• 在Java SE 1.6中，鎖一共有4種狀態(tài)，級(jí)別從低到高依次是：無鎖狀態(tài)、偏向鎖狀態(tài)、輕量級(jí)鎖狀態(tài)和重量級(jí)鎖狀態(tài)，這幾個(gè)狀態(tài)會(huì)隨著競爭情況逐漸升級(jí)。
• 鎖可以升級(jí)但不能降級(jí)，意味著偏向鎖升級(jí)成輕量級(jí)鎖后不能降級(jí)成偏向鎖。
• 這種鎖升級(jí)卻不能降級(jí)的策略，目的是為了提高獲得鎖和釋放鎖的效率，

2 偏向鎖

• HotSpot 的作者經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)情況下，鎖不僅不存在多線程競爭，而且總是由同一線程多次獲得，為了讓線程獲得鎖的代價(jià)更低而引入了偏向鎖。
• 當(dāng)一個(gè)線程訪問同步塊并獲取鎖時(shí)，會(huì)在對(duì)象頭和棧幀中的鎖記錄里存儲(chǔ)鎖偏向的線程ID，以后該線程在進(jìn)入和退出同步塊時(shí)不需要進(jìn)行CAS操作來加鎖和解鎖，只需簡單地測試一下對(duì)象頭的Mark Word里是否存儲(chǔ)著指向當(dāng)前線程的偏向鎖。
• 如果測試成功，表示線程已經(jīng)獲得了鎖。
• 如果測試失敗，則需要再測試一下Mark Word中偏向鎖的標(biāo)識(shí)是否設(shè)置成1（表示當(dāng)前是偏向鎖）：如果沒有設(shè)置，則使用CAS競爭鎖；如果設(shè)置了，則嘗試使用CAS將對(duì)象頭的偏向鎖指向當(dāng)前線程。

2.1 偏向鎖的撤銷

• 偏向鎖使用了一種等到競爭出現(xiàn)才釋放鎖的機(jī)制，所以當(dāng)其他線程嘗試競爭偏向鎖時(shí)，持有偏向鎖的線程才會(huì)釋放鎖。
• 偏向鎖的撤銷，需要等待全局安全點(diǎn)（在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)上沒有正在執(zhí)行的字節(jié)碼）。
• 它會(huì)首先暫停擁有偏向鎖的線程，然后檢查持有偏向鎖的線程是否活著，如果線程不處于活動(dòng)狀態(tài)，則將對(duì)象頭設(shè)置成無鎖狀態(tài)；
• 如果線程仍然活著，擁有偏向鎖的棧會(huì)被執(zhí)行，遍歷偏向?qū)ο蟮逆i記錄，棧中的鎖記錄和對(duì)象頭的Mark Word要么重新偏向于其他線程，要么恢復(fù)到無鎖或者標(biāo)記對(duì)象不適合作為偏向鎖，最后喚醒暫停的線程。
  如下圖
  線程1演示了偏向鎖初始化的流程，線程2演示了偏向鎖撤銷的流程。
  
  qq_pic_merged_1532534792487.jpg

2.2 關(guān)閉偏向鎖

• 偏向鎖在Java 6和Java 7里是默認(rèn)啟用的，但是它在應(yīng)用程序啟動(dòng)幾秒鐘之后才激活，
• 如有必要可以使用JVM參數(shù)來關(guān)閉延遲：-XX:BiasedLockingStartupDelay=0。
• 如果你確定應(yīng)用程序里所有的鎖通常情況下處于競爭狀態(tài)，可以通過JVM參數(shù)關(guān)閉偏向鎖：-XX:-UseBiasedLocking=false，那么程序默認(rèn)會(huì)進(jìn)入輕量級(jí)鎖狀態(tài)。

3 輕量級(jí)鎖

3.1 輕量級(jí)鎖加鎖

• 線程在執(zhí)行同步塊之前，JVM會(huì)先在當(dāng)前線程的棧楨中創(chuàng)建用于存儲(chǔ)鎖記錄的空間，并將對(duì)象頭中的Mark Word復(fù)制到鎖記錄中，官方稱為Displaced Mark Word。
• 然后線程嘗試使用CAS將對(duì)象頭中的Mark Word替換為指向鎖記錄的指針。如果成功，當(dāng)前線程獲得鎖，如果失敗，表示其他線程競爭鎖，當(dāng)前線程便嘗試使用自旋來獲取鎖。

3.2 輕量級(jí)鎖解鎖

輕量級(jí)解鎖時(shí)，會(huì)使用原子的CAS操作將Displaced Mark Word替換回到對(duì)象頭，如果成功，則表示沒有競爭發(fā)生。如果失敗，表示當(dāng)前鎖存在競爭，鎖就會(huì)膨脹成重量級(jí)鎖。
如下圖
兩個(gè)線程同時(shí)爭奪鎖，導(dǎo)致鎖膨脹的流程圖。

qq_pic_merged_1532535638164.jpg

• 因?yàn)樽孕龝?huì)消耗CPU，為了避免無用的自旋（比如獲得鎖的線程被阻塞住了），一旦鎖升級(jí)成重量級(jí)鎖，就不會(huì)再恢復(fù)到輕量級(jí)鎖狀態(tài)。
• 當(dāng)鎖處于這個(gè)狀態(tài)下，其他線程試圖獲取鎖時(shí)，都會(huì)被阻塞住，當(dāng)持有鎖的線程釋放鎖之后會(huì)喚醒這些線程，被喚醒的線程就會(huì)進(jìn)行新一輪的奪鎖之爭。

4 鎖的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

參考

《java并發(fā)編程的藝術(shù)》