大厂面试（三）请描述synchornized锁是如何升级的

Synchronized锁的升级过程

先来看一张图

先说下偏向锁的概念，偏向锁会认为第一个持有锁的线程是非常重要的一个线程，它会偏向这个线程。

偏向锁和轻量级锁（自旋锁）都是用户空间的锁，不需要向操作系统内核去申请重量级锁，所以它们在竞争

比较轻度的时候比重量级锁效率高。听不懂没关系，举个例子：

平时我们上厕所，把门锁上之后，只有一个人能进来，也就是只有一个线程能干活儿，不能多个人同时干活儿，不能说他做你大腿上一起干活儿，这是绝对不行的，所以说你必须得持有这把锁，你才能进来。jdk最早是找厕所管理员申请这把锁，给你锁了，你把门锁上，你才能干活儿，偏向锁什么概念呢？比如你去厕所，第一次进去时里面没有人，偏向锁就是在门上贴个标签，告诉外面的人，里面有人干活儿，这把锁就归我了，如果是重量级锁是不是有很多人去管理员那竞争啊，偏向锁没有锁竞争的过程，只要我能把标签贴上，当然贴的过程是CAS实现的，不知道CAS的请看我前一篇文章。当门上贴上你的标签后也就是有了偏向锁后，外面的人等待，你一出去，他的标签直接贴门上，然后进来干活。

为什么要有偏向锁？多数synchronized方法，在95%的时间里是只有一个线程在运行的，只有5%的时间会有锁竞争，那我没必要在持有这把锁的时候就设立一个锁竞争的机制，因为大部分时间里是没有竞争的，这么做完全是浪费，所以第一个线程进来之后，直接把线程ID往门上一贴，这把锁就归你了，没有竞争，95%的时间里，效率就提升了。

这时候你会发现一个问题，这个厕所不能只给你一个人用啊，外面张三、李四、王五…都在那排队呢，你这标签什么时候撕掉换我干活啊，这个时候该锁升级了。

从偏向锁升级到轻量级锁也叫自旋锁，也叫无锁。

还拿厕所举例，假设你在厕所干活儿，门上贴着你的标签，门外面张三、李四也想上厕所干活，这时候锁升级了，撤销偏向锁，把你的标签从门上撕下来，可是你还在里面干活儿，怎么办呢？门外俩哥们开始竞争了，他俩不是在等待，而是自旋，也就是CAS的操作，假设你进去之后，这个值是1，出来之后改成0，门外的哥们开始取值，发现不是0，继续取发现还不是0，直到第3次发现值是0了，这俩哥们开始把自己的标签贴上，这个贴的过程就是CAS，谁先贴上这把锁归谁。

那既然有偏向锁了，那为什么要有重量级锁？

重量级锁和轻量级锁的区别：

重量级锁之前的文章已经说过了，就是想要获得一把锁，必须经过操作系统内核去调度，那么操作系统是怎么线程调度的呢？

重量级锁是有一个等待队列的，什么意思？就是所有想得到这把锁的线程必须要先进等待队列，大家记不记得我们写代码的时候一定注意过wait()和notify all， wait()的意思就是让这个线程进入等待队列，等待这把锁什么时候释放我什么时候再去抢，等待队列有个特点就是里面的线程是不做任何操作的，什么都不干，就是等，CAS是自旋，一直取值判断，这是消耗CPU资源的。这就是重量级锁和自旋锁最重要的区别。

总结：当有很多线程去竞争一把锁时，重量级锁有等待队列，全部放在等待队列里安安静静的等待锁释放，相比于自旋锁，所有的线程都在空转，一直循环，这时候，重量级锁的效率就体现出来了。

这时候你就明白图中为什么轻量级锁要升级到重量级锁，就是因为在某些特定情况下，竞争越来越激烈的时候，轻量级锁效率就不高了。

比如说，你在厕所干活儿呢，便秘，外面有一万个人自旋，CPU能受得了吗，所以这时候还不如重量级锁，所有人老老实实的给我排队去，什么时候我出来了，我再叫醒你，你再干活儿。

轻量级锁：适用于线程不是特别多，要执行的操作时间不长。

重量级锁：适用于线程特别多，要执行的操作执行时间很长。

那轻量级锁（自旋锁）什么时候开始升级为重量级锁呢？

竞争加剧：jdk1.6之前，如果一个线程自旋次数超过10次，或者等待的线程超过CPU核数的二分之一，比如说我8核的，有5个线程都在这转圈，这个时候就是竞争加剧了就会升级为重量级锁。jdk1.6做了升级优化，叫自适应自旋，就是不需要你判断自旋次数和等待的线程数了，JVM自己控制。

当我new一个对象的时候，什么时候打开偏向锁呢？

001，是图中的无锁态。这是直接new出来的对象，如果我new之前我先睡5秒，看看什么样

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread.sleep(5000);
    Object o = new Object();
    System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
}

java.lang.Object object internals:
 OFFSET  SIZE   TYPE DESCRIPTION            VALUE
      0     4        (object header)        05 00 00 00 (00000101 00000000 00000000 00000000) (5)
      4     4        (object header)        00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)
      8     4        (object header)        e5 01 00 f8 (11100101 00000001 00000000 11111000) (-134217243)
     12     4        (loss due to the next object alignment)
Instance size: 16 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 4 bytes external = 4 bytes total

发现markword最低位字节是101

再看图，锁状态是偏向锁启动，神马情况？我new出来的对象不是001吗，睡了5秒就编程101了，也就是说匿名偏向是过了一段时间才会打开，默认是4s，这4s干了什么呢，Java虚拟机启动，对内存初始化，new对象的时候是不是好多对象都争抢同一块内存啊，那我明知道会有很多线程会发生竞争，那我何必去打开偏向锁呢，所以它进行了一个优化，延迟4s再打开偏向锁，也就是匿名偏向，因为无论是普通对象还是匿名偏向状态，以后都有可能去加偏向锁的，所以4s后我直接就是匿名偏向，没必要再从普通对象改成匿名偏向，它们引用都是一样的，只是标注不一样。