首先簡單說下先偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖三者各自的應(yīng)用場景：

• 偏向鎖：只有一個線程進入臨界區(qū)；
• 輕量級鎖：多個線程交替進入臨界區(qū)；
• 重量級鎖：多個線程同時進入臨界區(qū)。

還要明確的是，偏向鎖、輕量級鎖都是JVM引入的鎖優(yōu)化手段，目的是降低線程同步的開銷。比如以下的同步代碼塊：

synchronized (lockObject) {// do something }

上述同步代碼塊中存在一個臨界區(qū)，假設(shè)當(dāng)前存在Thread#1和Thread#2這兩個用戶線程，分三種情況來討論：

• 情況一：只有Thread#1會進入臨界區(qū)；
• 情況二：Thread#1和Thread#2交替進入臨界區(qū)；
• 情況三：Thread#1和Thread#2同時進入臨界區(qū)。

上述的情況一是偏向鎖的適用場景，此時當(dāng)Thread#1進入臨界區(qū)時，JVM會將lockObject的對象頭Mark Word的鎖標(biāo)志位設(shè)為“01”，同時會用CAS操作把Thread#1的線程ID記錄到Mark Word中，此時進入偏向模式。所謂“偏向”，指的是這個鎖會偏向于Thread#1，若接下來沒有其他線程進入臨界區(qū)，則Thread#1再出入臨界區(qū)無需再執(zhí)行任何同步操作。也就是說，若只有Thread#1會進入臨界區(qū)，實際上只有Thread#1初次進入臨界區(qū)時需要執(zhí)行CAS操作，以后再出入臨界區(qū)都不會有同步操作帶來的開銷。

然而情況一是一個比較理想的情況，更多時候Thread#2也會嘗試進入臨界區(qū)。若Thread#2嘗試進入時Thread#1已退出臨界區(qū)，即此時lockObject處于未鎖定狀態(tài)，這時說明偏向鎖上發(fā)生了競爭（對應(yīng)情況二），此時會撤銷偏向，Mark Word中不再存放偏向線程ID，而是存放hashCode和GC分代年齡，同時鎖標(biāo)識位變?yōu)椤?1”（表示未鎖定），這時Thread#2會獲取lockObject的輕量級鎖。因為此時Thread#1和Thread#2交替進入臨界區(qū)，所以偏向鎖無法滿足需求，需要膨脹到輕量級鎖。

再說輕量級鎖什么時候會膨脹到重量級鎖。若一直是Thread#1和Thread#2交替進入臨界區(qū)，那么沒有問題，輕量鎖hold住。一旦在輕量級鎖上發(fā)生競爭，即出現(xiàn)“Thread#1和Thread#2同時進入臨界區(qū)”的情況，輕量級鎖就hold不住了。 （根本原因是輕量級鎖沒有足夠的空間存儲額外狀態(tài)，此時若不膨脹為重量級鎖，則所有等待輕量鎖的線程只能自旋，可能會損失很多CPU時間）

MarkWord:

鎖存在Java對象頭里。如果對象是數(shù)組類型，則虛擬機用3個Word（字寬）存儲對象頭，如果對象是非數(shù)組類型，則用2字寬存儲對象頭。在32位虛擬機中，一字寬等于四字節(jié)，即32bit。

長度	內(nèi)容	說明
32/64bit	Mark Word	存儲對象的hashCode或鎖信息等。
32/64bit	Class Metadata Address	存儲到對象類型數(shù)據(jù)的指針
32/64bit	Array length	數(shù)組的長度（如果當(dāng)前對象是數(shù)組）

Java對象頭里的Mark Word里默認(rèn)存儲對象的HashCode，分代年齡和鎖標(biāo)記位。32位JVM的Mark Word的默認(rèn)存儲結(jié)構(gòu)如下：

?	25 bit	4bit	1bit 是否是偏向鎖	2bit 鎖標(biāo)志位
無鎖狀態(tài)	對象的hashCode	對象分代年齡	0	01

在運行期間Mark Word里存儲的數(shù)據(jù)會隨著鎖標(biāo)志位的變化而變化。Mark Word可能變化為存儲以下4種數(shù)據(jù)：

鎖狀態(tài)	25 bit	4bit	1bit	2bit
23bit	2bit	是否是偏向鎖	鎖標(biāo)志位
輕量級鎖	指向棧中鎖記錄的指針	00
重量級鎖	指向互斥量（重量級鎖）的指針	10
GC標(biāo)記	空	11
偏向鎖	線程ID	Epoch	對象分代年齡	1	01

在64位虛擬機下，Mark Word是64bit大小的，其存儲結(jié)構(gòu)如下：?

鎖狀態(tài)	25bit	31bit	1bit	4bit	1bit	2bit
?	?	cms_free	分代年齡	偏向鎖	鎖標(biāo)志位
無鎖	unused	hashCode	?	?	0	01
偏向鎖	ThreadID(54bit) Epoch(2bit)	?	?	1	01

上面是最簡單的說法或者理解，但是實際上有很多的切換細節(jié)設(shè)計性能優(yōu)化問題。

偏向所鎖，輕量級鎖都是樂觀鎖，重量級鎖是悲觀鎖。? ? ?

一個對象剛開始實例化的時候，沒有任何線程來訪問它的時候。它是可偏向的，意味著，它現(xiàn)在認(rèn)為只可能有一個線程來訪問它，所以當(dāng)?shù)谝粋€線程來訪問它的時候，它會偏向這個線程，此時，對象持有偏向鎖。偏向第一個線程，這個線程在修改對象頭成為偏向鎖的時候使用CAS操作，并將對象頭中的ThreadID改成自己的ID，之后再次訪問這個對象時，只需要對比ID，不需要再使用CAS在進行操作。（偏向鎖只進行一次cas操作）

一旦有第二個線程訪問這個對象，因為偏向鎖不會主動釋放，所以第二個線程可以看到對象時偏向狀態(tài)，這時表明在這個對象上已經(jīng)存在競爭了，檢查原來持有該對象鎖的線程是否依然存活，如果掛了，則可以將對象變?yōu)闊o鎖狀態(tài)，然后重新偏向新的線程，如果原來的線程依然存活，則馬上執(zhí)行那個線程的操作棧，檢查該對象的使用情況，如果仍然需要持有偏向鎖，則偏向鎖升級為輕量級鎖，（偏向鎖就是這個時候升級為輕量級鎖的）。

如果不存在使用了，則可以將對象回復(fù)成無鎖狀態(tài)，然后重新偏向。 輕量級鎖認(rèn)為競爭存在，但是競爭的程度很輕，一般兩個線程對于同一個鎖的操作都會錯開，或者說稍微等待一下（自旋），另一個線程就會釋放鎖。 但是當(dāng)自旋超過一定的次數(shù)，或者一個線程在持有鎖，一個在自旋，又有第三個來訪時，輕量級鎖膨脹為重量級鎖，重量級鎖使除了擁有鎖的線程以外的線程都阻塞，防止CPU空轉(zhuǎn)。

為什么此時升級為重量級鎖呢，將所有競爭線程掛起（重量級鎖，是jvm 借助系統(tǒng)級的互斥鎖）？？假如很多線程都是處于輕量級上，都處于自旋狀態(tài)，那么其中正在運行一個線程以及釋放鎖了，但是此時有很多線程在自旋，都在相互競爭。可能造成所有的線程都會一直自旋下去，cpu空轉(zhuǎn)。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的对 java 同步锁 以及 级别升级的 理解的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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