锁的升级过程——偏向锁、轻量级锁、重量级锁

对象的内存布局

1. 对象头（Header）
2. 实例数据（Instance Data）
3. 对其填充（Padding）

对象头

1. Mark Word：存储对象的hashcode、分代年龄、锁信息等
2. Class Metadata Address（类型指针）：存储到对象类型数据的指针
3. Array length：数组长度（数组特有）

实例数据

对象真正存储的有效信息，继承自父类及子类所定义的所定义的各种类型的字段内容。

对齐填充

起占位符的作用，对象的大小必须为8字节的整倍数，对象头部分正好为8字节的倍数（1倍或2倍），当对象实例数据部分没有对其时，需使用对其填充来补全。

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64位虚拟机下的Mark Word（64bit）

<dependency>
    <groupId>org.openjdk.jolgroupId>
    <artifactId>jol-coreartifactId>
    <version>0.11version>
dependency>

Object object = new Object();
int[] arr = new int[10];
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(object).toPrintable());
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(arr).toPrintable());

锁的状态由低到高

无锁——>偏向锁——>轻量级锁——>重量级锁
注：锁的状态随着竞争情况逐渐升级，但不能降级。

锁状态	锁标志位	Mark Word
偏向锁	101	线程ID I Epoch I 101
轻量级锁	00	指向栈的指针 I 00
重量级锁	10	指向重量级锁的指针 I 00

偏向锁

原因：大多数情况下，锁不仅不存在竞争，且总是由同一线程多次获得。
失效：当一个线程已经获取过偏向锁，另一个线程尝试获取偏向锁时，偏向锁失效。

轻量级锁

原理：在当前线程的栈帧中创建内存复制锁的对象头Mark Word，通过CAS将栈帧中对象头Mark Word替换为执行锁记录的指针，如果替换成功再将修改锁的Mark Word，如果替换失败将升级为重量级锁。

（1）验证无锁

public class Test {
    private static Object lock = new Object();
    public static void main(String[] args) {
       System.out.println(ClassLayout.parseInstance(lock).toPrintable());
    }
}

注意：顺序是与上面的图片倒着的，有兴趣的可以用Integer.toBinaryString()将二进制后面的int值打印出来对照看一下。

（2）验证偏向锁
-XX:+UseBiasedLocking：开启偏向锁（jdk6及以上默认开启）
-XX:BiasedLockingStartupDelay=0：默认延迟5s启动（这里测试建议开启）

public class Test {
    private static Object lock = new Object();
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(lock).toPrintable());
        synchronized (lock) {
            System.out.println(ClassLayout.parseInstance(lock).toPrintable());
        }
    }
}

关闭偏向锁：-XX:-UseBiasedLocking=false
（3）验证轻量级锁
注意：以下代码可能会出现重量级锁的情况。

public class Test {
    private static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(Test.class);
    private static Object o = new Object();
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        log.info(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
        synchronized (o) {
            log.info(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
        }
        new Thread(() -> {
            synchronized (o) {
                log.info(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
            }
        }).start();
        Thread.sleep(1000000);
    }
}

（4）验证重量级锁

public class Test {
    private static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(Test.class);
    private static Object o = new Object();
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(() -> {
            synchronized (o) {
                log.info(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {}
            }
        }).start();
        synchronized (o) {
            log.info(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
            Thread.sleep(1000);
        }
        Thread.sleep(1000000);
    }
}