关于java的Synchronized，你可能需要知道这些（下）

　　上一篇文章介绍了synchronized的基本使用方法和实现，在实现部分说明了synchronized的底层实现依赖系统互斥锁mutex，但是这个一个重型锁，竞争导致线程阻塞挂起，后续拿到锁后再恢复线程，因为java使用的是1对1的线程模型，这个过程页涉及到了用户态和内核态的转换，比较消耗性能。为了解决这个问题，java1.6引入了“轻量级锁”、“偏向锁”。

1.锁优化

　　锁的状态分为四种：无锁、偏向锁、轻量级锁，重量级锁，四种锁状态对性能的消耗依次增高，状态的转化也是由无锁向重量级锁转化，这个过程称之为锁的升级，不会出现锁的降级，除非解锁了向无锁状态转换，四种锁状态下对象头前32bit如下（以32bit为例）

锁状态	25 bit			4bit	1bit	2bit
	23bit		2bit		是否是偏向锁	锁标志位
轻量级锁	指向栈中锁记录的指针					00
重量级锁	指向互斥量（重量级锁）的指针					10
GC标记	空					11
偏向锁	线程ID	Epoch		对象分代年龄	1	01
无锁	对象的hashCode			对象分代年龄	0	01

　　锁状态转化如下图所示：

　　基本的转化流程如下（详细可以参考：http://www.cnblogs.com/paddix/p/5405678.html）：

　　偏向所锁，轻量级锁都是乐观锁，重量级锁是悲观锁。
　　一个对象刚开始实例化的时候，没有任何线程来访问它的时候。它是可偏向的，意味着，它现在认为只可能有一个线程来访问它，所以当第一个
线程来访问它的时候，它会偏向这个线程，此时，对象持有偏向锁。偏向第一个线程，这个线程在修改对象头成为偏向锁的时候使用CAS操作，并将
对象头中的ThreadID改成自己的ID，之后再次访问这个对象时，只需要对比ID，不需要再使用CAS在进行操作。
　　一旦有第二个线程访问这个对象，因为偏向锁不会主动释放，所以第二个线程可以看到对象时偏向状态，这时表明在这个对象上已经存在竞争了，检查原来持有该对象锁的线程是否依然存活，如果挂了，则可以将对象变为无锁状态，然后重新偏向新的线程，如果原来的线程依然存活，则马上执行那个线程的操作栈，检查该对象的使用情况，如果仍然需要持有偏向锁，则偏向锁升级为轻量级锁，（偏向锁就是这个时候升级为轻量级锁的）。如果不存在使用了，则可以将对象回复成无锁状态，然后重新偏向。
　　轻量级锁认为竞争存在，但是竞争的程度很轻，一般两个线程对于同一个锁的操作都会错开，或者说稍微等待一下（自旋），另一个线程就会释放锁。 但是当自旋超过一定的次数，或者一个线程在持有锁，一个在自旋，又有第三个来访时，轻量级锁膨胀为重量级锁，重量级锁使除了拥有锁的线程以外的线程都阻塞，防止CPU空转。

2.自旋锁、锁粗化和锁消除

　　自旋锁和自适应自旋：从上图可以看到，轻量级锁就是一个自旋锁，当加锁的对象已经被加锁（轻量级锁加锁）的时候，当前线程自旋等待，直到获得锁或者锁升级。虚拟机会根据以往的自旋锁获得的情况，设置下次获取锁时自旋等待时间，如果上一次自旋锁加锁成功，会增加下一次自旋时间，如果上一次自旋锁加锁失败，会减少下一次自旋锁自旋时间。

　　锁粗化：连续多个加锁、解锁操作导致性能下降，这是虚拟机会根据情况，将整个代码块一起同步，一次加锁解锁，降低性能消耗。

　　锁消除：对于不需要同步的代码块，消除加锁解锁。主要基于逃逸技术分析，认为该代码块只会在当前线程访问，无需与其他线程同步，无需保证线程安全。

 

参考：

http://www.cnblogs.com/paddix/p/5405678.html

https://www.zhihu.com/question/53826114

《深入理解java虚拟机》