锁的状态

无锁状态
偏向锁状态
轻量级锁状态
重量级锁状态

四种状态会随着竞争的情况逐渐升级，而且是不可逆的过程，即不可降级。

要注意的是，这四种状态都不是Java语言中的锁，而是Jvm为了提高锁的获取与释放效率而做的优化(使用synchronized时)。

首先通过一个小例子来解释一下三种锁的区别：

假如家里只有一个碗，当我自己在家时，没有人会和我争碗，这时即为偏向锁状态
当我和女朋友都在家吃饭时，如果女朋友不是很饿，则她会等我吃完再用我的碗去吃饭，这就是轻量级锁状态
当我和女朋友都很饿的时候，这时候就会去争抢这唯一的一个碗(贫穷的我)吃饭，这就是重量级锁状态

偏向锁

GitHub偏向锁：https://github.com/lxhq/BRAVO

Hotspot 的作者经过以往的研究发现大多数情况下锁不仅不存在多线程竞争，而且总是由同一线程多次获得，为了让线程获得锁的代价更低而引入了偏向锁。当一个线程访问同步块并获取锁时，会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花费CAS操作来加锁和解锁，而只需简单的测试一下对象头的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，则需要再测试下 Mark Word中偏向锁的标识是否设置成 1（表示当前是偏向锁），如果没有设置，则使用 CAS 竞争锁，如果设置了，则尝试使用 CAS 将对象头的偏向锁指向当前线程。

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，然后检查持有偏向锁的线程是否活着，如果线程不处于活动状态，则将对象头设置成无锁状态，如果线程仍然活着，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。 https://zhuanlan.zhihu.com/p/108405395

偏向锁的由来：

大多数情况下，锁不存在多线程竞争，而是总是由同一线程多次获得时，为了使线程获得锁的代价更低而引入了偏向锁。

偏向锁的使用：

当线程进入和退出同步块时，需要经历几个测试步骤：

测试对象头Mark Word(默认存储对象的HashCode,分代年龄，锁标记位)里是否存储着指向当前线程的偏向锁。
若测试失败，则测试Mark Word中偏向锁标识是否设置成1(表示当前为偏向锁)
没有设置则使用CAS竞争，否则尝试使用CAS将对象头的偏向锁指向当前线程

偏向锁的撤销：

当其他线程尝试竞争偏向锁时，就会释放锁，锁的撤销，需要等待全局安全点，分为以下几个步骤：

暂停拥有偏向锁的线程，检查线程是否存活
处于非活动状态，则设置为无锁状态
存活，则重新偏向于其他线程或者恢复到无锁状态或者标记对象不适合作为偏向锁
唤醒线程

偏向锁的升级：

当有第二个线程进入同步代码块时，则升级为轻量级锁

轻量级锁

轻量级锁加锁：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。

如果成功使用CAS将对象头重的Mark Word替换为指向锁记录的指针，则获得锁，失败则当前线程尝试使用自旋(循环等待)来获取锁。

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。 https://zhuanlan.zhihu.com/p/108405395

当有另一个线程与该线程同时竞争时，锁会升级为重量级锁。为了防止继续自旋，一旦升级，将无法降级。

重量级锁

重量级锁特点：

其他线程试图获取锁时，都会被阻塞，只有持有锁的线程释放锁之后才会唤醒这些线程，进行竞争。

三种锁的对比

通俗来讲就是：

偏向锁：仅有一个线程进入临界区
轻量级锁：多个线程交替进入临界区
重量级锁：多个线程同时进入临界区

这是并发专题的第一篇博客，以后还会随时更新

参考资料

《Java并发编程的艺术》

java偏向锁，轻量级锁与重量级锁为什么会相互膨胀?

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