从synchronized中看锁的优化

本文是学习《深入理解JAVA虚拟机》的第6篇笔记

乐观锁、悲观锁做技术基本都听过。JAVA中锁的实现，用的最多的是synchronized，这是重量级锁，为提高性能，做了很多优化，今天就说说这个加锁的过程。

之前的文章写对象的内存布局时，说过对象头，锁的实现跟这个有很大的关系。不太了解这块的可以先熟悉下。《对象内存布局》。

线程的阻塞、挂起与唤醒都需要切换至内核态，这几个操作都是很消耗内存的。synchronized的实现并不是一开始就上重量级锁，它有一个锁升级的过程，这里先从偏向锁说起。

// Bit-format of an object header (most significant first, big endian layout below):
//
//  32 bits:
//  --------
//             hash:25 ------------>| age:4    biased_lock:1 lock:2 (normal object)
//             JavaThread*:23 epoch:2 age:4    biased_lock:1 lock:2 (biased object)
//             size:32 ------------------------------------------>| (CMS free block)
//             PromotedObject*:29 ---------->| promo_bits:3 ----->| (CMS promoted object)
//
//  64 bits:
//  --------
//  unused:25 hash:31 -->| unused:1   age:4    biased_lock:1 lock:2 (normal object)
//  JavaThread*:54 epoch:2 unused:1   age:4    biased_lock:1 lock:2 (biased object)
//  PromotedObject*:61 --------------------->| promo_bits:3 ----->| (CMS promoted object)
//  size:64 ----------------------------------------------------->| (CMS free block)
//
//  unused:25 hash:31 -->| cms_free:1 age:4    biased_lock:1 lock:2 (COOPs && normal object)
//  JavaThread*:54 epoch:2 cms_free:1 age:4    biased_lock:1 lock:2 (COOPs && biased object)
//  narrowOop:32 unused:24 cms_free:1 unused:4 promo_bits:3 ----->| (COOPs && CMS promoted object)
//  unused:21 size:35 -->| cms_free:1 unused:7 ------------------>| (COOPs && CMS free block)

偏向锁

64位的虚拟机，对象头是64bit。最后两位是锁状态，倒数第3位，是偏向锁锁状态，1表示加了偏向锁，0代表没有。
当被锁的对象，第一次被线程获取时，虚拟机将的对象的锁标志位设置成01，将此线程ID，通过CAS操作，记录到对象头中，如果成功，偏向锁的标记位就是1。之后该线程每次进入这个锁相关的同步块时，虚拟机不会进行任何别的操作（Locking, Unlocking，对象头的Update等等）
如果此时另外一个线程请求这个锁，撤消偏向锁，升级为轻量级锁。

轻量级锁

轻量级锁的标记位是00，线程栈中将对象头记住记录下来，就是Lock Record空间。哪个线程把自己的Lock Record指针写到被锁对象的对象头中，哪个线程就拥有这个锁。

重量级锁
如果此时别的线程访问被锁的对象，那就开始自旋。竞争加剧，也就是自旋的线程多了，轻量级锁发生锁膨胀，升级为重量级锁。也就是说由用户态切换到内核态。锁标记位是10，没拿到锁的线程阻塞等待。

加锁，指的是锁定对象

锁升级的过程

JDK较早的版本 ：OS的资源 互斥量 用户态 -> 内核态的转换 重量级 效率比较低

现代版本进行了优化：无锁 - 偏向锁 -轻量级锁（自旋锁）-重量级锁