synchronized中重量级锁、偏向锁和轻量级锁的区别

Java1.5之前synchronized是一个重量级锁，Java 1.6对synchronized进行的各种优化后，synchronized并不会显得那么重了。我们先介绍重量级锁，然后介绍优化后的轻量级锁和偏向锁。

0.对象头以及Mark Word

1重量级锁

重量级的synchronized有三个用法：

• 普通同步方法，锁的是当前实例对象。
• 静态同步方法，锁的是当前类的class对象。
• 同步代码块，锁的是synchronized括号里配置的对象。

上述这三种机制的切换是根据竞争激烈程度进行的：

• 在几乎无竞争的条件下， 会使用偏向锁

• 在轻度竞争的条件下， 会由偏向锁升级为轻量级锁

• 在重度竞争的情况下， 会由轻量级锁升级为重量级锁。

1.1普通同步方法用法及原理

用法：

public class SynchronizedMethod {
    public synchronized void method() {
        System.out.println("Hello World!");
    }
}

方法调用如下图所示：

1.当前线程调用指令将会调用当前实例对象，去检查当前实例对象（在堆中）所对应的类方法（在方法区中）方法表中的访问标志（ACC_SYNCHRONIZED）是否被设置；

2.如果设置了，那么检查此同步对象有没有被锁定，即检查它的Mark Word的锁标志位是不是01，则虚拟机首先在当前线程的栈中创建我们称之为“锁记录（Lock Record）”的空间，用于存储锁对象的Mark Word的拷贝，官方把这个拷贝称为Displaced Mark Word。

3.执行线程将通过Displaced Mark Word中指向重量级锁的指针，找到Monitor对象的起始地址，获取到monitor对象，获取成功之后才能执行方法体，方法执行完后再释放monitor。在方法执行期间，其他任何线程都无法再获得同一个monitor对象。 

1.2同步代码块用法及原理

用法：

public class SynchronizedDemo {
    public void method() {
        synchronized (this) {
            System.out.println("Method 1 start");
        }
    }
}

原理同2.1.1。

1.3静态同步方法用法及原理

用法：

public static class SynchronizedMethod {
    public synchronized void method() {
        System.out.println("Hello World!");
    }
}

在类中如果某方法或某代码块中有 synchronized，那么在生成一个该类实例后，该实例也就有一个单独的Monitor对象，而static synchronized则是所有该类的所有实例公用得一个Monitor对象。

2偏向锁

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，偏向锁可以降低多次加锁解锁的开销。

偏向锁会偏向于第一个获得它的线程，如果在接下来的执行过程中，该锁没有被其他的线程获取，则持有偏向锁的线程将永远不需要同步。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。

当有另外一个线程去尝试获取这个锁时，偏向模式就宣告结束。根据锁对象目前是否处于被锁定的状态，撤销偏向后恢复到未锁定或轻量级锁定状态。

3轻量级锁

4总结

锁	优点	缺点	适用场景
偏向锁	加锁和解锁不需要额外的消耗，和执行非同步方法比仅存在纳秒级的差距。	如果线程间存在锁竞争，会带来额外的锁撤销的消耗。	适用于只有一个线程访问同步块场景。
轻量级锁	竞争的线程不会阻塞，提高了程序的响应速度。	如果始终得不到锁竞争的线程使用自旋会消耗CPU。	追求响应时间。 同步块执行速度非常快。
重量级锁	线程竞争不使用自旋，不会消耗CPU。	线程阻塞，响应时间缓慢。	追求吞吐量。 同步块执行速度较长。

synchronized的执行过程： 
1. 检测Mark Word里面是不是当前线程的ID，如果是，表示当前线程处于偏向锁 
2. 如果不是，则使用CAS将当前线程的ID替换Mard Word，如果成功则表示当前线程获得偏向锁，置偏向标志位1 
3. 如果失败，则说明发生竞争，撤销偏向锁，进而升级为轻量级锁。 
4. 当前线程使用CAS将对象头的Mark Word替换为锁记录指针，如果成功，当前线程获得锁 
5. 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。 
6. 如果自旋成功则依然处于轻量级状态。 
7. 如果自旋失败，则升级为重量级锁。

上面几种锁都是JVM自己内部实现，当我们执行synchronized同步块的时候jvm会根据启用的锁和当前线程的争用情况，决定如何执行同步操作；

在所有的锁都启用的情况下线程进入临界区时会先去获取偏向锁，如果已经存在偏向锁了，则会尝试获取轻量级锁，启用自旋锁，如果自旋也没有获取到锁，则使用重量级锁，没有获取到锁的线程阻塞挂起，直到持有锁的线程执行完同步块唤醒他们；

偏向锁是在无锁争用的情况下使用的，也就是同步开在当前线程没有执行完之前，没有其它线程会执行该同步块，一旦有了第二个线程的争用，偏向锁就会升级为轻量级锁，如果轻量级锁自旋到达阈值后，没有获取到锁，就会升级为重量级锁；

如果线程争用激烈，那么应该禁用偏向锁。

 

参考：

https://www.jianshu.com/p/e62fa839aa41

https://www.jianshu.com/p/73b9a8466b9c

https://www.cnblogs.com/deltadeblog/p/9559035.html

https://www.cnblogs.com/linghu-java/p/8944784.html