Java并发编程: Synchronized锁升级

一、jdk8 markword实现表

为什么有自旋锁还需要重量级锁：

• 自旋消耗CPU资源，如果锁的时间长，或者自旋线程多，CPU会被大量消耗。
• 重量级锁有等待队列，所有拿不到锁的进入等待队列，不需要消耗CPU资源。

偏向锁是否一定比自旋锁效率高：

• 不一定，在明确知道会有多线程竞争的情况下，偏向锁肯定会涉及锁撤销，这时候直接使用自旋锁。
• JVM启动过程，会有多个线程竞争，所以默认情况启动时不打开偏向锁，过一段时间再打开。

new -> 偏向锁 -> 轻量级锁（自旋锁、自适应自旋锁）-> 重量级锁：

• 偏向锁和轻量级锁都是用户空间完成的。
• 重量级锁是需要向内核申请的。
  
  synchronized优化的过程和markword息息相关，markword中最低的三位代表锁状态，其中1位是偏向锁位，两位是普通锁位。

二、使用工具来查看锁升级

引入依赖：

<dependency><groupId>org.openjdk.jol</groupId><artifactId>jol-core</artifactId><version>0.9</version>
</dependency>

由上图分析可知刚new出来的对象处于无锁状态，当使用synchronized关键字后处于轻量级锁状态。为什么锁的状态标志在高位，这个和计算机的大小端有关，可参考：计算机中的大小端

三、默认synchronized(o）

00 -> 轻量级锁，默认情况下偏向锁有个时延，默认是4秒。因为JVM虚拟机自己有一些默认启动的线程，里面有好多sync代码，这些syanc代码启动时就知道肯定会有竞争，如果使用偏向锁，就会造成偏向锁不断的进行锁升级的操作，效率低。

-XX:BiasedLockingStartupDelay=0

由上图可知new出来的对象是匿名偏向锁，synchronized加锁后变成了偏向锁。

• 如果设定上述参数
  new Object() -> 101偏向锁 -> 线程ID为0 -> Anonymous BiasedLock。打开偏向锁，new出来的对象，默认就是一个可偏向匿名对象101。
• 如果有线程上锁
  上偏向锁：指的就是把markword的线程ID改为自己线程ID的过程，偏向锁不可重偏向，批量偏向，批量撤销（也就是锁没有线程竞争）。
• 如果有线程竞争
  撤销偏向锁，升级轻量级锁。线程在自己的线程栈生成LockRecord，用CAS操作将markword设置为指向自己这个线程的LR的指针，设置成功者得到锁。
• 如果竞争加剧
  竞争加剧：有线程超过10次自旋，-XX：PreBlockSpin，或者自选线程数超过CPU核数一半。1.6之后，加入自适应自旋Adapative Self Spinning，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，等待操作系统的调度，然后再映射回用户空间。
• 锁的优缺点对比