偏向锁/轻量级锁/重量级锁

重量级锁会造成 CPU 在用户态和核心态之间频繁切换，所以代价高、效率低。JDK1.6 版本为了减少获得锁和释放锁所带来的性能消耗，引入了“偏向锁”和“轻量级锁”实现。所以，在 JDK1.6 版本里内置锁一共有四种状态：无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态、重量级锁状态，这些状态随着竞争情况逐渐升级。内置锁可以升级但不能降级，意味着偏向锁升级成轻量级锁后不能降级成偏向锁。这种能升级却不能降级的策略，其目的是为了提高获得锁和释放锁的效率。

1. 无锁状态

Java 对象刚创建时，还没有任何线程来竞争，说明该对象处于无锁状态（无线程竞争它）

2. 偏向锁状态

偏向锁是指一段同步代码一直被一同个线程所访问，那么该线程会自动获取锁，降低获取锁

的代价。如果内置锁处于偏向状态，当有一个线程来竞争锁时，先用偏向锁，表示内置锁偏爱这

个线程，这个线程要执行该锁关联的同步代码时，不需要再做任何检查和切换。偏向锁在竞争不

激烈的情况下，效率非常高。

3. 轻量级锁状态

当有两个线程开始竞争这个锁对象，情况发生变化了，不再是偏向（独占）锁了，锁会升级

为轻量级锁，两个线程公平竞争。当锁处于偏向锁的时候，而又被另一个线程所企图抢占时，偏向锁就会升级为轻量级锁。企图抢占的线程会通过自旋的形式尝试获取锁，不会阻塞抢锁线程，以便提高性能。

自旋原理非常简单，如果持有锁的线程能在很短时间内释放锁资源，那么那些等待竞争锁的

线程就不需要做内核态和用户态之间的切换进入阻塞挂起状态，它们只需要等一等（自旋），等

持有锁的线程释放锁后即可立即获取锁，这样就避免用户线程和内核的切换的消耗。但是线程自旋是需要消耗 CPU 的，如果一直获取不到锁，那线程也不能一直占用 CPU 自旋做无用功，所以需要设定一个自旋等待的最大时间。JVM 对于自旋周期的选择，JDK1.6 之后引入了适应性自旋锁，适应性自旋锁意味着自旋的时间不是固定的，而是由前一次在同一个锁上的自旋时间以及锁的拥有者的状态来决定。线程如果自旋成功了，则下次自旋的次数会更多，如果自旋失败了，则自旋的次数就会减少。如果持有锁的线程执行的时间超过自旋等待的最大时间扔没有释放锁，就会导致其他争用锁的线程在最大等待时间内还是获取不到锁，自旋不会一直持续下去，这时争用线程会停止自旋进入阻塞状态，该锁膨胀为重量级锁。

4. 重量级锁状态

重量级锁会让其他申请的线程之间进入阻塞，性能降低。重量级锁也就叫做同步锁

轻量级锁的很总要一个实现基础就是CAS操作（自旋）：

CAS（Compare and swap），即比较并交换，也是实现我们平时所说的自旋锁或乐观锁的核心操作。

执行函数：CAS(V,E,N) 其包含3个参数

V 表示要更新的变量

E 表示预期值

N 表示新值

如何要更新的变量等于预期值，就把新值赋值给变量，如何要更新的变量不等于预期值，就CAS再重新试一下，再试的时候，会重新读取要更新的变量作为预期值

比方说：
当前的这个线程想改这个值，我期望你是0，你就不能是1；如果是1，那就说明我这个值不对，然后想把你变成1。大概就是：原来这个值是变为3了，我这个线程想修改这个值的时候我一定期望你现在是3，是3我才改，如果在我修改的过程你变4了，说明就有另外一个线程修改过该值，那我cas就再重新试一下，再试的时候，我希望你的这个值是4，在修改的时候期望值是4，没有其它线程修改该值，那好我给你改成5，这样就是cas操作。

CAS 实现自旋锁

既然用锁或 synchronized 关键字可以实现原子操作，那么为什么还要用 CAS 呢，因为加锁或使用 synchronized 关键字带来的性能损耗较大，而用 CAS 可以实现乐观锁，它实际上是直接利用了 CPU 层面的指令，所以性能很高。

上面也说了，CAS 是实现自旋锁的基础，cas是cpu的原语支持，也就是说cas是cpu指令级别上的支持，中间不能被打断，不会造成所谓的数据不一致问题，以达到锁的效果，至于自旋呢，看字面意思也很明白，自己旋转，翻译成人话就是循环，一般是用一个无限循环实现。这样一来，一个无限循环中，执行一个 CAS 操作，当操作成功，返回 true 时，循环结束；当返回 false 时，接着执行循环，继续尝试 CAS 操作，直到返回 true。

其实 JDK 中有好多地方用到了 CAS ,尤其是 java.util.concurrent包下，比如 CountDownLatch、Semaphore、ReentrantLock 中，再比如 java.util.concurrent.atomic 包下，相信大家都用到过 Atomic* ，比如 AtomicBoolean、AtomicInteger 等。

这里拿 AtomicBoolean 来举个例子，因为它足够简单。

public class AtomicBoolean implements java.io.Serializable {private static final long serialVersionUID = 4654671469794556979L;// setup to use Unsafe.compareAndSwapInt for updatesprivate static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();private static final long valueOffset;static {try {valueOffset = unsafe.objectFieldOffset(AtomicBoolean.class.getDeclaredField("value"));} catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }}private volatile int value;public final boolean get() {return value != 0;}public final boolean compareAndSet(boolean expect, boolean update) {int e = expect ? 1 : 0;int u = update ? 1 : 0;return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, e, u); //这里cas，会触发cpu指令}}

ABA问题

CAS 存在一个问题，就是一个值从 A 变为 B ，又从 B 变回了 A，这种情况下，CAS 会认为值没有发生过变化，但实际上是有变化的。对此，并发包下倒是有 AtomicStampedReference 提供了根据版本号判断的实现，可以解决一部分问题。

参考文章：我们常说的 CAS 自旋锁是什么 - 风的姿态 - 博客园

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