synchronized锁升级过程

一、synchronized锁加到什么地方

       synchronized 上锁，其实锁信息是加在对象头中的 markdown，对象中的前四个字节表示markdown；markdown还记录了对象的gc、hashcode 信息

      注意：markdown 结构与jvm虚拟机的实现有关，

      I）32位Hotspot虚拟机markdown结构如下：

      II）64位Hotspot 虚拟机的markdown结构如下：

二、synchronized 锁升级的过程

       synchronized 锁升级其实就是markword 后几位锁标志位变化的过程

         当new 出一个对象时会有2种情况：普通对象（主线）和 匿名偏向

         当new 出一个普通对象，一旦给普通对象加上关键字synchronized，synchronized 锁

         会升级为偏向锁（），

         当锁竞争加大（轻度竞争），偏向锁会升级为轻量级锁（也叫自旋锁或无锁）

         当竞争超过一定时间还没获取锁，轻量级锁就会升级成重量级锁

        

     锁状态：

          在markdown 中最低3位表示synchronized 锁的状态，优先看最低的2位，

          下边是markdown锁标志位与锁的对应关系

	偏向锁标志位	锁标志位2	锁标志位1
轻量级锁,自旋锁,无锁		0	0
重量级锁		1	0
GC标志位（用于垃圾回收）		1	1
偏向锁	1	0	1
无锁态（刚刚new出对象）	0	0	1

三、用户空间锁 VS 重量级锁

      偏向锁 、轻量级锁都是用户空间完成的，又称为用户锁，用户锁不用向cpu内核申请锁；

      重量级锁是需要向操作系统内核（即CPU）申请锁

      什么是偏向锁？

           对很多synchronized 的方法或代码块，很多时候是在线程环境中执行的，没有竞争，

           这就没必要每次执行synchronized方法都向CPU内核申请加锁；当第一个线程调

           用 synchronized方法时，只需要把该线程的id设置到markdown 中就行了，这就是偏向锁；

      什么是轻量级锁（自旋锁，无锁）？

            有多个线程竞争synchronized锁时，先把偏向锁撤销，通过自旋的竞争（自旋锁）升级

            到轻量级锁；

            竞争过程：

                 每个线程的线程栈中都会生成一个LR（LockRecord 锁记录），然后通过自旋争抢

                 的方式，尽可能的把自身的LR设置到 markdown中，若设置成功，makrdown会有

                 一个指针指向LR，表示该线程持有了synchronized；竞争失败的线程会在用户空间

                 通过CAS的方式（自旋）继续竞争

       什么是重量级锁？

               重量级锁markdown 记录的是一个 ObjectMointor 对象；

               ObjectMointor 是jvm提供的一个用于向操作系统OS申请锁的工具，由C++实现

               

四、synchronized 锁重入

       synchronized 是可以重入的锁

       可重入锁必须要记录重入次数，因为重入几次后边就要释放几次

        偏向锁的重入次数记录在线程栈中，每重入一次 LockRecord 就要加1，

         偏向锁每重入一次，在线程栈中都会生成一个LR，但这个LR的值等于NULL，重入次数

         记录在最底层（即第一个LR）LR中；每释放一次锁，线程栈中都要弹出一个LR，当

        线程栈中的LR全部弹出，表示锁全部释放

        轻量级锁重入次数与偏向锁差不多，锁重入次数都是记录在线程栈的LR重，每重入一次也是

       生成一个LR；

        重量级锁的重入次数记录在ObjectMointor 对象中

五、轻量级锁（自旋锁）什么时候升级为重量级锁？

        有线程超过10次自旋，或者自旋线程数超过cpu核数的一半；

        可以通过jvm参数 -XX:PreBlockSpin 来控制自旋次数，jdk1.6之后不需要手动调整自旋次数

        jdk1.6之后加入了自适应自旋 Adapative Self Spinning，由jvm自己控制

       升级重量级锁：向操作系统申请资源，linux mutex，CPU从3级-0级系统调用，线程

       挂起，进入等待队列等待系统调度，然后再映射会用户空间

六、什么有自旋锁了还需要重量级锁？

       要明白一点，自旋是需要消耗cpu资源的，若持有锁的线程业务耗时过长或自旋的线程

       比较多，这样会消耗大量的cpu资源；

       重量级锁有等待队列，所有拿不到锁的线程会被放入等待队列中，不需要消耗cpu资源

七、什么叫偏向锁启动和偏向锁未启动？

        偏向锁是否一定比自旋锁效率高？

                不一定，偏向锁只有在单线程环境中效率最高；多线程环境下偏向锁不一定比自旋锁

                效率高；明确知道多线程情况下没必要使用偏向锁，因为多线程环境下偏向锁一定涉及

               锁撤销，这就额外增加了cpu消耗，此时应该关闭偏向锁，直接使用自旋算性能可能更高

          jvm启动过程中，明确知道会有很多线程争抢，所以启东时默认不打开偏向锁，启东完成

          后再打开偏向锁，即延时打开偏向锁

          -XX:BiasedLockingStartupDelay  用来设置偏向锁延时