java中锁的几种分类

锁的分类

java中锁按竞争状态、竞争程度可以分为4种锁，分别为无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁，这些锁只能按照竞争激烈程度自动升级，不能降级，以提高锁的获取与释放效率。
在java中，对象在内存中存储的布局可以分为三块区域：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）和对齐填充（Padding）。在对象头的MarkWord字段中，存储着对象的Hashcode(地址映射)，分代年龄，以及锁的标记。
锁的标记一共有四种状态：

无锁	0 01
偏向锁	1 01 -线程id、Epoch字段
轻量级锁	00
重量级锁	10
以及垃圾回收GC标记	11

偏向锁

偏向锁是所有加锁中最轻量级的，在偏向锁的概念中，锁不但不存在多线程间的竞争，而且从始至终都是同一个线程多次获取同一锁，为了降低线程获取锁的开销所以引入偏向锁。所以在线程访问偏向锁的过程中，只需要第一次请求访问时进行一次CAS操作，此后只要锁持有线程和当前访问线程一致就可以直接拿锁。所以偏向锁要存持有锁线程的id和Epoch表示此偏向锁撤销的次数。
偏向锁的获取与释放过程
1.首先当一个线程访问同步块并CAS成功获取到锁时，会在对象头和栈帧中的锁记录字段存储持有该偏向锁的线程id，以后只要该线程进入或者退出代码块都不在需要CAS进行加锁解锁操作，可以直接进入。
2.当一个线程CAS操作访问同步块失败时，表示锁不再是无竞争的状态了，会CAS自旋竞争锁，并且把偏向锁升级为轻量级锁。
3.当其他线程竞争偏向锁时，持有偏向锁的线程依然存活的话就会释放偏向锁，并且将其膨胀为轻量级锁，再与其他线程竞争。
4.如果发生其他线程竞争时，持有偏向锁的线程已经终止，则将锁对象的对象头设置为无锁状态，再偏向其他线程。

轻量级锁

当多个线程在不同时间请求同一把锁时，也就是不再是一个线程只请求这一把锁的时候，锁称为轻量级锁。因为是不同时刻，所以不存在正面竞争锁的情况。所以轻量级锁采用了CAS操作不断自旋来竞争锁。
轻量级锁的获取与释放过程
1.因为现在已经不是只有一个线程获取这把锁的情况了，所以不可以通过只修改锁对象头的MarkWord字段中的线程id就可以的了，轻量级锁采用直接将MarkWord字段拷贝到自己的线程栈中，通过CAS操作尝试将MarkWord替换为指向锁记录的指针。如果成功，成功获取锁。如果失败，说明此时有其他线程竞争锁，自旋式的再次重复尝试获取锁。
2.当线程执行完会CAS操作尝试将MarkWord替换回对象头，如果成功说明并没有发现竞争，则直接撤销锁，变成无锁状态。如果有竞争，则撤销锁，升级为重量级锁再次竞争

重量级锁

当多个线程再同一时刻竞争同一把锁就会升级为重量级锁。我们的synchronized内建锁就是典型的重量级锁，一旦有一个线程持有锁，其他请求访问的线程就阻塞，等待该线程执行完唤醒其他等待线程。

三种锁的总结对比

1.偏向锁只是会在第一次请求访问时才会采用CAS操作并将锁对象的标记字段记录下来当作线程地址，在此后的运行过程中，持有偏向锁的线程无需再次经行加锁操作。
2.轻量级锁采用CAS操作，将锁对象标记字段替换为一个指针，指向当前线程栈的一块空间，存储着锁对象原本的标记字段。
3.重量级锁有阻塞、唤醒、请求加锁的操作。
为了提供效率，JVM采用自适应自旋。也就是当上一次自旋获取到了锁，下一次延长自旋时间，如果没有获取到锁，缩短自旋时间的方式。来提高效率

锁的优化

1.锁粗化
当多次连续在一起的加锁解锁操作，将会被合并成一个，将多个联系的锁扩展为一个范围更大的锁。
2.锁解除
如果判断一段代码中，堆上的数据不会逃逸出当前线程，则认为此代码是线程安全的，无需加锁。则删除不必要的加锁操作。