介紹

首先，我們需要明確一點：偏向級鎖、輕量級鎖、重量級鎖只針對synchronized?

鎖的狀態總共有四種，級別由低到高依次為：無鎖、偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖。

這四種鎖狀態分別代表什么，為什么會有鎖升級？其實在 JDK 1.6之前，synchronized 還是一個重量級鎖，是一個效率比較低下的鎖，但是在JDK 1.6后，Jvm為了提高鎖的獲取與釋放效率對synchronized?進行了優化，引入了?偏向鎖 和 輕量級鎖?，從此以后鎖的狀態就有了四種（無鎖、偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖），并且四種狀態會隨著競爭的情況逐漸升級，而且是不可逆的過程，即不可降級，也就是說只能進行鎖升級（從低級別到高級別），不能鎖降級（高級別到低級別）。這種鎖升級卻不能降級的策略，目的是為了提高獲得鎖和釋放鎖的效率。

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1.無鎖?

無鎖是指沒有對資源進行鎖定，所有的線程都能訪問并修改同一個資源，但同時只有一個線程能修改成功。

無鎖的特點是修改操作會在循環內進行，線程會不斷的嘗試修改共享資源。如果沒有沖突就修改成功并退出，否則就會繼續循環嘗試。如果有多個線程修改同一個值，必定會有一個線程能修改成功，而其他修改失敗的線程會不斷重試直到修改成功。

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2.偏向鎖

?顧名思義，偏向某一個線程，當線程數目不多的時候，由于反復獲取鎖會使得我們的運行效率下降，于是出現了偏向級鎖。JVM使用CAS操作把線程ID記錄到對象的Mark Word當中，并修改標識位，name當前線程就擁有了這把鎖。

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? 偏向級鎖不需要操作系統的介入，JVM使用CAS操作將線程ID放入對象的Mark Word字段中，于是線程獲得了鎖，可以執行synchronized代碼塊的內容，當線程再次執行到這個synchronized的時候，JVM通過鎖對象的Mark Word判斷 ：當前線程ID還存在，還持有這個對象的鎖，于是就可以繼續進入臨界區執行，而不需要再次獲得鎖

初次執行到synchronized代碼塊的時候，鎖對象變成偏向鎖（通過CAS修改對象頭里的鎖標志位），字面意思是“偏向于第一個獲得它的線程”的鎖。執行完同步代碼塊后，線程并不會主動釋放偏向鎖。當第二次到達同步代碼塊時，線程會判斷此時持有鎖的線程是否就是自己（持有鎖的線程ID也在對象頭里），如果是則正常往下執行。由于之前沒有釋放鎖，這里也就不需要重新加鎖。如果自始至終使用鎖的線程只有一個，很明顯偏向鎖幾乎沒有額外開銷，性能極高。

偏向鎖只有遇到其他線程嘗試競爭偏向鎖時，持有偏向鎖的線程才會釋放鎖，線程是不會主動釋放偏向鎖的。?

偏向鎖是指當一段同步代碼一直被同一個線程所訪問時，即不存在多個線程的競爭時，那么該線程在后續訪問時便會自動獲得鎖，從而降低獲取鎖帶來的消耗，即提高性能。

?3.輕量級鎖

輕量級鎖是指當鎖是偏向鎖的時候，卻被另外的線程所訪問，此時偏向鎖就會升級為輕量級鎖，其他線程會通過自旋的形式嘗試獲取鎖，線程不會阻塞，從而提高性能。

輕量級鎖的獲取主要由兩種情況：
① 當關閉偏向鎖功能時；
② 由于多個線程競爭偏向鎖導致偏向鎖升級為輕量級鎖。

一旦有第二個線程加入鎖競爭，偏向鎖就升級為輕量級鎖（自旋鎖）。這里要明確一下什么是鎖競爭：如果多個線程輪流獲取一個鎖，但是每次獲取鎖的時候都很順利，沒有發生阻塞，那么就不存在鎖競爭。只有當某線程嘗試獲取鎖的時候，發現該鎖已經被占用，只能等待其釋放，這才發生了鎖競爭。

在輕量級鎖狀態下繼續鎖競爭，沒有搶到鎖的線程將自旋，即不停地循環判斷鎖是否能夠被成功獲取。獲取鎖的操作，其實就是通過CAS修改對象頭里的鎖標志位。先比較當前鎖標志位是否為“釋放”，如果是則將其設置為“鎖定”，比較并設置是原子性發生的。這就算搶到鎖了，然后線程將當前鎖的持有者信息修改為自己。

長時間的自旋操作是非常消耗資源的，一個線程持有鎖，其他線程就只能在原地空耗CPU，執行不了任何有效的任務，這種現象叫做忙等（busy-waiting）。如果多個線程用一個鎖，但是沒有發生鎖競爭，或者發生了很輕微的鎖競爭，那么synchronized就用輕量級鎖，允許短時間的忙等現象。這是一種折衷的想法，短時間的忙等，換取線程在用戶態和內核態之間切換的開銷。

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?4.重量級鎖?

當多個線程競爭同一個鎖時，會導致除鎖的擁有者外，其余線程都會自旋，這將導致自旋次數過多，cpu效率下降，所以會將鎖升級為重量級鎖。?

重量級鎖顯然，此忙等是有限度的（有個計數器記錄自旋次數，默認允許循環10次，可以通過虛擬機參數更改）。如果鎖競爭情況嚴重，某個達到最大自旋次數的線程，會將輕量級鎖升級為重量級鎖（依然是CAS修改鎖標志位，但不修改持有鎖的線程ID）。當后續線程嘗試獲取鎖時，發現被占用的鎖是重量級鎖，則直接將自己掛起（而不是忙等），等待將來被喚醒。

重量級鎖是指當有一個線程獲取鎖之后，其余所有等待獲取該鎖的線程都會處于阻塞狀態。

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