Java锁的优化

在java中，线程安全是通过锁来实现的，但是如果你对锁的工作机制有所了解，就会发现这个东西很耗性能。为了优化锁机制，从java6开始，引入了偏向锁、轻量级锁，目的是为了减少多线程进入互斥的几率，甚至消除同步原语，以提高性能。
它是怎样实现的呢？它并不是要消除互斥，而只是尽量在进入互斥前，利用CPU原语Compare-And-Swap(CAS，汇编指令CMPXCHG)，进行性能的补救。
在讲各偏向锁、轻量级锁之前，需要先讲讲Object Header（对象头），Object Header是一个2字（1 word = 4byte）长度的存储区域。
第一个字的用来标记同步、GC、以及hash code等，官方称之为mark word，第二个字存储指向到对象的class，mark word是实现轻量级锁的关键，在运行期间，mark word存储的数据会随着锁标志位的变化而变化。

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一，偏向锁
偏向锁，顾名思义，就是偏向第一个访问锁的线程，如果在接下来的运行过程中，该锁没有其它线程访问，则持有偏向锁的线程永远不需要触发同步。
1，当第一个线程进入同步块时，如果偏向锁的标志为1（说明还处于偏向锁的层次），而且记录线程ID的位置为空（说明没有其他线程来竞争），则在mark word里记录当前线程的ID，当前线程成功获取了偏向锁，以后再进入、退出同步块时，都不需要CAS、加锁解锁操作，只需比较一下mark word里存储的是否是本线程的ID。
2，如果偏向锁标志为1，但是记录线程ID的位置不是本线程的ID，则表明其他线程获取了偏向锁，这时候会将持有偏向锁的线程挂起，然后将锁膨胀至轻量级锁。
3，如果偏向锁标志不是1，则说明锁的层级早已经膨胀为轻量级锁，甚至重量级锁了。
以上说明，偏向锁只能在单线程环境下起作用。在java6下，偏向锁默认是开启的，如果同步代码一直都是多线程访问的，那么消除偏向锁这一步骤就是多余的，那么你可以禁用偏向锁-XX：UseBiasedLocking，毕竟消除偏向锁的开销还是蛮大的。

二，轻量级锁
轻量级锁实现的关键为CAS，通过底层CPU原语来做到避免同步的开销
1，当线程进入同步块时，为线程分配lock record，将mark word拷贝至lock record，然后尝试将mark word指针指向当前线程lock record（标志锁已经被占用了），lock record owner指针指向mark word（让线程知道锁的是哪个对象），如果都成功，则该线程成功获取轻量级锁。
2，如果发现mark word指针已经指向了其它线程，说明其他线程已经获取了轻量级锁，这时候，该线程就会修改mark word中的重量级指针，并且自己采用自旋的方式等待锁。
3，当获取轻量级锁的线程释放锁时，会拿lock record中事先拷贝的mark word与object head中的mark word比较，如果一样，则说明没有其他线程竞争，顺利释放锁，如果不同，则说明存在其他线程竞争，锁就会膨胀为重量级锁。