引用自：http://blog.iluckymeeting.com/2018/01/06/threadandlocktwo/

為什么會有偏向鎖、輕量級鎖和重量級鎖?

并發(fā)鎖總共有4種狀態(tài)：無鎖狀態(tài)、偏向鎖狀態(tài)、輕量級鎖狀態(tài)和重量級鎖狀態(tài)，每種狀態(tài)在并發(fā)競爭情況下需要消耗的資源由低到高，性能由高到低。重量級鎖需要通過操作系統(tǒng)在用戶態(tài)與核心態(tài)之間切換，就像它的名字是一個重量級操作，這也是synchronized效率不高的原因，JDK1.6對synchronized進(jìn)行了優(yōu)化，引入了偏向鎖與輕量級鎖，提高了性能降低了資源消耗。

什么是偏向鎖？

通過對大量數(shù)據(jù)的分析可以發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)情況下鎖競爭是不會發(fā)生的，往往是一個線程多次獲得同一個鎖，于是引入了偏向鎖，偏向鎖不會被刻意的釋放，如果沒有競爭，線程再次請求鎖時可以直接獲得鎖。

偏向鎖的獲取

我們先來回顧一下偏向鎖對象頭的存儲結(jié)構(gòu)

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1. 首先檢查對象頭Mark Word中鎖標(biāo)記是否是偏向鎖
2. 檢查對象頭中記錄的線程ID是否是當(dāng)前線程的ID，如果是說明當(dāng)前線程已經(jīng)獲得過鎖，當(dāng)前線程將再次獲得鎖，可以執(zhí)行同步代碼
3. 如果對象頭中的線程ID不是當(dāng)前線程的ID，則通過CAS操作替換成當(dāng)前線程的ID，如果替換成功意味著當(dāng)前線程獲得了鎖，可以執(zhí)行同步代碼
4. 如果步驟3的CAS操作失敗，則意味著已經(jīng)有別的線程獲得了鎖，針對這個鎖出現(xiàn)了競爭，當(dāng)已經(jīng)獲得了鎖的線程到達(dá)全局安全點(diǎn)后（沒有字節(jié)碼執(zhí)行）會被掛起，偏向鎖膨脹為輕量級鎖，被掛起的線程被喚醒，線程將按照輕量級鎖的機(jī)制競爭鎖

通過以上偏向鎖的獲得過程可以發(fā)現(xiàn)，偏向鎖沒有釋放的步驟，它的加鎖、解鎖不需要消耗額外的資源;一旦偏向鎖出現(xiàn)了競爭，它就會膨脹成輕量級鎖，所以在鎖競爭比較多的情況下它會額外的消耗資源做鎖的膨脹。

什么是輕量級鎖？

輕量級鎖的性能介于偏向鎖與重量級鎖之間，在存在鎖競爭的情況下，不需要讓線程在阻塞與喚醒狀態(tài)間切換，它的對象頭存儲結(jié)構(gòu)如下：

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除了對象頭，輕量級鎖還有一個相關(guān)的存儲結(jié)構(gòu)Monitor Record，它是JVM在棧中開辟出的一塊空間，里面會保存獲得鎖的線程信息，而對象頭中記錄的鎖指針就指向這個Monitor Record。

輕量級鎖的獲取

1. JVM在執(zhí)行同步代碼塊前，會在棧中開辟一塊空間存儲鎖記錄Monitor Record，并將對象頭中的Mark Word復(fù)制到鎖記錄中，稱為Displaced Mark Word。
2. 線程通過CAS操作嘗試將Mark Word指向鎖記錄，如果成功意味著線程獲得了鎖，Monitor Record中會有一個字段Owner記錄獲得鎖的線程信息
3. 如果步驟2中的CAS操作失敗，則線程進(jìn)入自旋等待（默認(rèn)10次），如果自旋成功，則線程獲得了鎖可以執(zhí)行同步代碼，如果自旋失敗，這個鎖會膨脹成重量級鎖
4. 線程執(zhí)行完成后，將通過CAS操作將Monitor Record中記錄的Displaced Mark Word替換回對象頭中的Mark Word，如果操作成功則鎖被釋放，如果操作失敗，則意味著存在鎖競爭，這個鎖將膨脹成重量級鎖

由以上輕量級鎖的獲取步驟可以看出，競爭鎖的線程如果競爭失敗不會進(jìn)入阻塞狀態(tài)，所以不會發(fā)生線程在用戶態(tài)與核心態(tài)的切換，資源消耗比重量級鎖少，但是競爭失敗的線程會進(jìn)入自旋狀態(tài)，這又白白浪費(fèi)了CPU計算資源。

什么是重量級鎖？

重量級鎖在JVM中有一個監(jiān)視器(Monitor)，保持了兩個隊列：鎖競爭隊列和信號阻塞隊列，一個實現(xiàn)線程互斥，另一個實現(xiàn)線程同步。重量級鎖在底層是靠操作系統(tǒng)的Mutex Lock實現(xiàn)的，線程在阻塞和喚醒狀態(tài)間切換需要操作系統(tǒng)將線程在用戶態(tài)與核心態(tài)之間轉(zhuǎn)換，成本很高，所以最早的synchronized效率不高。

偏向鎖、輕量級鎖和重量級鎖對比