synchronize 锁升级过程

1 锁升级过程

synchronized锁升过程：偏向锁-》轻量级锁-》重量级锁。
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图1 synchronized锁升级过程

2 锁升级流程

synchronized锁升级的具体流程如图2所示。

图2 synchronized锁升级流程

2.1 偏向锁->轻量级锁

线程A请求synchronized对象，比较同步块对象存储的线程S ID与线程A ID是否相同，如果相同，那么执行同步块，无需使用CAS加锁或解锁；如果不同，那么检查synchronized对象中记录的线程S是否存活，如果线程S未存活，那么synchronized对象被重置为无锁状态，线程A通过竞争将其设置为偏向锁，此时，synchronized对象头中存储线程A的ID，如果线程S存活，那么查找线程S的栈帧信息，如果线程S仍要继续持有该synchronized对象，那么暂停线程S，撤销偏向锁，升级为轻量级锁，如果线程S不再使用该synchronized对象，将synchronized对象设为无锁状态，重新偏向线程A。

2.2 轻量级锁->重量级锁

线程A获取轻量级锁时先将synchronized对象头Mark Word复制一份到线程A在栈帧中创建的存储锁记录空间（即DispalcedMarkWord），然后使用CAS将对象头中的内容替换为线程A存储的所记录（DisplacedMarkWord）地址。如果线程A复制对象头时，线程B也准备获取锁，复制对象头到线程B的锁记录空间，当线程B进行CAS时发现，线程A已经将对象头替换，线程B的CAS失败，线程B尝试使用自旋等待线程A释放锁。如果线程B自旋次数到了上限，线程A仍没有释放锁，线程B仍在自选等待，此时，线程C又来竞争锁对象，轻量级锁会膨胀为重量级锁。重量级锁将未获得锁的线程阻塞，不消耗CPU，防止CPU空运行。

3 锁信息存储位置

锁：为对象加锁，因此，锁信息存储在对象中，而对象中是在哪里存储呢？
首先了解：对象结构https://blog.csdn.net/Xin_101/article/details/117568632
锁信息存储在对象头MarkWord中。

3.1 无锁

锁状态	25位	31位	1位	4位	1位(偏向锁位)	2位(锁标志)
无锁	unused	hashCode(调用hashCode方法时填充)	unused	分代年龄	0	01

3.2 偏向锁

锁状态	54位	2位	1位	4位	1位(偏向锁位)	2位(锁标志)
偏向锁	当前线程指针	Epoch	unused	分代年龄	1	01

3.3 轻量级锁（自旋锁）

JDK1.6前：默认10次自旋，-XX:PreBlockSpin配置，或者超过CPU核数的一半，自动升级重量级锁 。
JDK1.6之后，自适应自旋（Adaptive Self Spinning），JVM自动调整。

锁状态	62位	2位(锁标志)
轻量级锁	指向线程栈中LockRecord的指针（通过自旋竞争锁CAS，有次数上限）	00

3.4 重量级锁

向操纵系统申请资源：Linux mutex，多个线程竞争资源，线程挂起后，进入等待队列，等待操作系统调度。

锁状态	62位	2位(锁标志)
重量级锁	指向互斥量（重量级锁）的指针	10

4 小结

序号	锁	优点	缺点	应用场景
1	偏向锁	避免CAS，无需加锁或解锁，和非同步方法时间相差纳秒级别	竞争的线程较多时，会带来额外的锁撤销消耗	基本没有线程竞争的同步场景
2	轻量级锁	竞争的线程不会阻塞，使用自旋，提高程序响应速度	长时间自旋，CPU消耗较多	少量线程竞争锁对象，并且线程持久锁时间不长，追求响应速度的场景
3	重量级锁	竞争的线程阻塞，不会导致CPU空运行，节约CPU资源	线程阻塞，响应时间长	很多线程竞争锁，并且锁持有时间较长，追求吞吐量的场景

Q&A

为什么要使用重量级锁

因为轻量级锁（自旋锁CAS）在自旋等待时会占用CPU资源，竞争的锁（线程）越多，CPU消耗越大，容易导致CPU过载。

为什么使用偏向锁或轻量级锁

锁（自旋锁CAS）在自旋等待时会占用CPU资源，竞争的锁（线程）越多，CPU消耗越大，容易导致CPU过载。

为什么使用偏向锁或轻量级锁

效率高。