网上看到一个文章讲解 JAVA 中的锁，看的过程中发现了很多不理解的地方，自行百度以后觉得很有用，遂记录一下。

锁的优化策略

自旋锁

自旋锁其实就是在拿锁时发现已经有线程拿了锁，自己如果去拿会阻塞自己，这个时候会选择进行一次忙循环尝试。也就是不停循环看是否能等到上个线程自己释放锁。这个问题是基于一个现实考量的：很多拿了锁的线程会很快释放锁。因为一般敏感的操作不会很多。当然这个是一个不能完全确定的情况，只能说总体上是一种优化。

然后是基于这种做法的一个优化：自适应自旋锁。也就是说，第一次设置最多自旋 10 次，结果在自旋的过程中成功获得了锁，那么下一次就可以设置成最多自旋 20 次。道理是：一个锁如果能够在自旋的过程中被释放说明很有可能下一次也会发生这种事。那么就更要给这个锁某种“便利”方便其不阻塞得锁（毕竟快了很多）。同样如果多次尝试的结果是完全不能自旋等到其释放锁，那么就说明很有可能这个临界区里面的操作比较耗时间。就减小自旋的次数，因为其可能性太小了。

锁粗化

试想有一个循环，循环里面是一些敏感操作，有的人就在循环里面写上了 synchronized 关键字。这样确实没错不过效率也许会很低，因为其频繁地拿锁释放锁。要知道锁的取得（假如只考虑重量级 MutexLock ）是需要操作系统调用的，从用户态进入内核态，开销很大。于是针对这种情况也许虚拟机发现了之后会适当扩大加锁的范围（所以叫锁粗化）以避免频繁的拿锁释放锁的过程。

锁消除

通过逃逸分析发现其实根本就没有别的线程产生竞争的可能（别的线程没有临界量的引用），而“自作多情”地给自己加上了锁。有可能虚拟机会直接去掉这个锁。

偏向锁和轻量级锁

这两个锁既是一种优化策略，也是一种膨胀过程所以一起说。首先它们的关系是：最高效的是偏向锁，尽量使用偏向锁，如果不能（发生了竞争）就膨胀为轻量级锁，这样优化的效率不如原来高不过还是一种优化（对比重量级锁而言）。所以整个过程是尽可能地优化。

偏向锁

HotSpot 的研究人员发现大多数情况下虽然加了锁，但是没有竞争的发生，甚至是同一个线程反复获得这个锁。那么偏向锁就为了针对这种情况。偏向锁的目的是为了在无竞争的情况下把整个同步都消除掉，连 CAS 操作都不用做。

举个例子，一个仓库管理员管着钥匙，然而每一次都是老王去借，仓库管理员于是就认识了老王，直接和他说，“行，你直接拿就是不用填表格了我记得你”。

偏向锁的获取

讲一下偏向锁的具体过程。首先JVM要设置为可用偏向锁。然后当一个线程访问同步块并获取锁时，会把对象头中的标志位设置为 “01” ，即偏向模式，同时使用 CAS 操作，在对象头和栈帧中的锁记录里存储锁偏向的线程ID，以后该线程在进入和退出同步块时不需要进行CAS操作来加锁和解锁，只需简单地测试一下对象头的Mark Word里是否存储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，那么分为两种情况。

1. 对象的偏向锁标志位为 0 ，当前不是偏向锁，说明发生了竞争，已经膨胀为轻量级锁，这时使用 CAS 操作尝试竞争锁（这个操作具体是轻量级锁的获得锁的过程下面讲）。

2. 对象的偏向锁标志位为 1 ，说明还是偏向锁，但请求的线程不是原来那个了。这时只需要使用 CAS 尝试把对象头偏向锁从原来那个线程指向目前请求锁的线程。这种情况举个例子就是老王准备退休了，他儿子接替他来拿钥匙，于是仓库管理员认识了他儿子，他儿子每次来也不用登记注册了。

这里解释一下 CAS ：

CAS 操作（又称为无锁操作）是一种乐观锁策略，它假设所有线程访问共享资源的时候不会出现冲突，既然不会出现冲突自然而然就不会阻塞其他线程的操作。因此，线程就不会出现阻塞停顿的状态。那么，如果出现冲突了怎么办？无锁操作是使用 CAS(compare and swap) 又叫做比较交换来鉴别线程是否出现冲突，出现冲突就重试当前操作直到没有冲突为止。

CAS 比较交换的过程可以通俗的理解为 CAS(V,O,N) ，包含三个值分别为：V 内存地址存放的实际值；O 预期的值（旧值）；N 更新的新值。当 V 和 O 相同时，也就是说旧值和内存中实际的值相同表明该值没有被其他线程更改过，即该旧值 O 就是目前来说最新的值了，自然而然可以将新值N赋值给 V 。反之， V 和 O 不相同，表明该值已经被其他线程改过了则该旧值 O 不是最新版本的值了，所以不能将新值 N 赋给 V ，返回 V 即可。当多个线程使用 CAS 操作一个变量是，只有一个线程会成功，并成功更新，其余会失败。失败的线程会重新尝试，当然也可以选择挂起线程。

如果这个 CAS 失败了呢？首先必须明确这个 CAS 为什么会失败，也就是说发生了竞争，有别的线程和它抢锁并且抢赢了，那么这个情况下，它就会要求撤销偏向锁（因为发生了竞争）。

偏向锁的撤销

偏向锁使用了一种等到竞争出现才释放锁的机制，所以当其他线程尝试竞争偏向锁时，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（在这个时间点上没有字节码正在执行），它会首先暂停拥有偏向锁的线程，检查这个线程是否是个活动线程，如果不是，那么好，你拿了锁但是没在干事，锁还记录着你，那么直接把对象头设置为无锁状态重新来过。如果还是活动线程，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 要么重新偏向于其他线程，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。

下图线程1展示了偏向锁获取的过程，线程2展示了偏向锁撤销的过程。

轻量级锁

轻量级锁加锁

轻量锁是偏向锁膨胀后的产物，线程在执行同步块之前，JVM 会先在当前线程的栈桢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。如果有两条以上的线程争用同一个锁，那轻量级锁就不再有效，要膨胀为重量级锁，锁标志的状态值变为”10”， Mark Word 中存储的就是指向重量级（互斥量）的指针。

轻量级锁解锁

轻量级解锁时，会使用原子的 CAS 操作来将 Displaced Mark Word 替换回到对象头，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。

下图是两个线程同时争夺锁，导致锁膨胀的流程图。

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住了），一旦锁升级成重量级锁，就不会再恢复到轻量级锁状态。当锁处于这个状态下，其他线程试图获取锁时，都会被阻塞住，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。

引用别人的见解

偏向锁，轻量级锁都是乐观锁，重量级锁是悲观锁。

一个对象刚开始实例化的时候，没有任何线程来访问它的时候。它是可偏向的，意味着，它现在认为只可能有一个线程来访问它，所以当第一个线程来访问它的时候，它会偏向这个线程，此时，对象持有偏向锁。偏向第一个线程，这个线程在修改对象头成为偏向锁的时候使用 CAS 操作，并将对象头中的 ThreadID 改成自己的 ID ，之后再次访问这个对象时，只需要对比 ID ，不需要再使用 CAS 在进行操作。

一旦有第二个线程访问这个对象，因为偏向锁不会主动释放，所以第二个线程可以看到对象时偏向状态，这时表明在这个对象上已经存在竞争了，检查原来持有该对象锁的线程是否依然存活，如果挂了，则可以将对象变为无锁状态，然后重新偏向新的线程，如果原来的线程依然存活，则马上执行那个线程的操作栈，检查该对象的使用情况，如果仍然需要持有偏向锁，则偏向锁升级为轻量级锁，（偏向锁就是这个时候升级为轻量级锁的）。如果对象未锁定，那么将该对象标记为未被锁定的，不可偏向对象。

轻量级锁认为竞争存在，但是竞争的程度很轻，一般两个线程对于同一个锁的操作都会错开，或者说稍微等待一下（自旋），另一个线程就会释放锁。 但是当自旋超过一定的次数，或者一个线程在持有锁，一个在自旋，又有第三个来访时，轻量级锁膨胀为重量级锁，重量级锁使除了拥有锁的线程以外的线程都阻塞，防止 CPU 空转。

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