一：java多線程互斥，和java多線程引入偏向鎖和輕量級鎖的原因？

--->synchronized是在jvm層面實現同步的一種機制。? jvm規范中可以看到synchronized在jvm里實現原理，jvm基于進入和退出Monitor對象來實現方法同步和代碼塊同的。在代碼同步的開始位置織入monitorenter,在結束同步的位置（正常結束和異常結束處）織入monitorexit指令實現。線程執行到monitorenter處，將會獲取鎖對象對應的monitor的所有權，即嘗試獲得對象的鎖。（任意對象都有一個monitor與之關聯，當且一個monitor被持有后，他處于鎖定狀態）. 在線程運行到該代碼塊的時候，讓程序的運行級別從用戶態切換到內核態，把線程掛起，讓cpu通過操作系統指令，去調度多線程之間，誰執行代碼塊，誰進入阻塞狀態。這樣會頻繁出現程序運行狀態的切換，這樣就會大量消耗資源，程序運行的效率低下。原因是monitorenter與monitorexit這兩個控制多線程同步的bytecode原語，是jvm依賴操作系統互斥（mutex）來實現的。 為了優化synchronized機制，從java6開始引入偏向鎖，和輕量級鎖，盡量讓多線程訪問公共資源的時候，不進行程序運行狀態的切換。輕量級鎖本意是為了減少多線程進入互斥的幾率，并不是要替代互斥。它利用了cpu原語Compare-And-Swap（cas,匯編指令CMPXCHG）,嘗試進入互斥前，進行補救。

二：為什么要自旋或者自適應自旋？

--->前面我們討論互斥同步的時候，提到了互斥同步對性能最大的影響是阻塞的實現，掛起線程和恢復線程的操作都需要轉入內核態中完成，這些操作給系統的并發性能 帶來了很大的壓力。同時，虛擬機的開發團隊也注意到在許多應用上，共享數據的鎖定狀態只會持續很短的一段時間，為了這段時間去掛起和恢復線程并不值得。如果物理機器有一個以上的處理器，能讓兩個或以上的線程同時并行執行，我們就可以讓后面請求鎖的那個線程“稍等一會”，但不放棄處理器的執行時間，看看持有鎖的線程是否很快就會釋放鎖。為了讓線程等待，我們只須讓線程執行一個忙循環（自旋），這項技術就是所謂的自旋鎖。? --->自旋鎖在JDK1.4.2中就已經引入，只不過默認是關閉的，可以使用-XX:+UseSpinning參數來開啟，在JDK 1.6中就已經改為默認開啟了。自旋等待不能代替阻塞，且先不說對處理器數量的要求，自旋等待本身雖然避免了線程切換的開銷，但它是要占用處理器時間的， 所以如果鎖被占用的時間很短，自旋等待的效果就會非常好，反之如果鎖被占用的時間很長，那么自旋的線程只會白白消耗處理器資源，而不會做任何有用的工作， 反而會帶來性能的浪費。因此自旋等待的時間必須要有一定的限度，如果自旋超過了限定的次數仍然沒有成功獲得鎖，就應當使用傳統的方式去掛起線程了。自旋次 數的默認值是10次，用戶可以使用參數-XX:PreBlockSpin來更改。? --->在JDK 1.6中引入了自適應的自旋鎖。自適應意味著自旋的時間不再固定了，而是由前一次在同一個鎖上的自旋時間及鎖的擁有者的狀態來決定。如果在同一個鎖對象 上，自旋等待剛剛成功獲得過鎖，并且持有鎖的線程正在運行中，那么虛擬機就會認為這次自旋也很有可能再次成功，進而它將允許自旋等待持續相對更長的時間， 比如100個循環。另一方面，如果對于某個鎖，自旋很少成功獲得過，那在以后要獲取這個鎖時將可能省略掉自旋過程，以避免浪費處理器資源。有了自適應自 旋，隨著程序運行和性能監控信息的不斷完善，虛擬機對程序鎖的狀況預測就會越來越準確，虛擬機就會變得越來越“聰明”了。?

三：鎖削除

--->鎖削除是指虛擬機即時編譯器在運行時，對一些代碼上要求同步，但是被檢測到不可能存在共享數據競爭的鎖進行削除。鎖削除的主要判定依據來源于逃逸分析的數據支持，如果判斷到一段代碼中，在堆上的所有數據都不會逃逸出去被其他線程訪問到，那就可以把它們當作棧上數據對待， 認為它們是線程私有的，同步加鎖自然就無須進行。比如（只是說明概念，但實際情況并不一定如例子）在線程安全的環境中使用stringBuffer進行字符串拼加。則會在java文件編譯的時候，進行鎖銷除。

四：鎖粗化

原則上，我們在編寫代碼的時候，總是推薦將同步塊的作用范圍限制得盡量小——只在共享數據的實際作用域中才進行同步，這樣是為了使得需要同步的操作數量盡可能變小，如果存在鎖競爭，那等待鎖的線程也能盡快地拿到鎖。大部分情況下，上面的原則都是正確的，但是如果一系列的連續操作都對同一個對象反復加鎖和解鎖，甚至加鎖操作是出現在循環體中的，那即使沒有線程競爭，頻繁地進行互斥同步操作也會導致不必要的性能損耗。如果虛擬機探測到有這樣一串零碎的操作都對同一個對象加鎖，將會把加鎖同步的范圍擴展（鎖粗化）到整個操作序列的外部。

五：偏向鎖，輕量級鎖，重量級鎖對比

鎖	優點	缺點	適用場景
偏向鎖	加鎖和解鎖不需要額外的消耗，和執行非同步方法相比僅存在納秒級的差距	如果線程間存在鎖競爭，會帶來額外的鎖撤銷的消耗	適用于只有一個線程訪問同步塊場景
輕量級鎖	競爭的線程不會阻塞，提高了程序的響應速度	如果始終得不到索競爭的線程，使用自旋會消耗CPU	追求響應速度，同步塊執行速度非常快
重量級鎖	線程競爭不使用自旋，不會消耗CPU	線程阻塞，響應時間緩慢	追求吞吐量，同步塊執行速度較慢

任何一個java對象的頭部（monitor）包括：

長度	內容	說明
32/64bit	Mark Word	存儲對象的hashcode或鎖信息
32/64bit	類對象的地址	存儲到對象類型數據的指針
32/64bit	Array length	數組的長度（如果當前對象是數組）

其中Mark Word存儲內容如下

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六：鎖的狀態

--->鎖一共有四種狀態（根據重量級由低到高的次序）：無鎖狀態，偏向鎖狀態，輕量級鎖狀態，重量級鎖狀態 --->鎖的等級只可以升級，不可以降級。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。

七：偏向鎖

大多數情況下，鎖不僅不存在多線程競爭，而且總是由同一線程多次獲得，為了讓線程獲得鎖的代價更低而引入了偏向鎖。當一個線程訪問同步塊并獲取鎖時，會在對象頭Mark Wod和棧幀鎖記錄里存儲鎖偏向的線程ID，以后該線程在進入和退出同步塊時不需要進行CAS操作來加鎖和解鎖，只需簡單地測試一下對象頭的Mark Word里是否存儲著指向當前線程的偏向鎖。

• 如果測試成功，表示線程已經獲得了鎖。
• 如果測試失敗，則測試一下Mark Word中偏向鎖的標識是否設置成1（表示當前是偏向鎖）：如果沒設置，則使用CAS競爭鎖（競爭什么？）;如果設置了，則嘗試使用CAS將對象頭的偏向鎖指向當前線程。

--->a線程獲得鎖，會在a線程的的棧幀里創建lockRecord，在lockRecord里和鎖對象的MarkWord里存儲線程a的線程id.以后該線程的進入，就不需要cas操作，只需要判斷是否是當前線程。 --->a線程獲取鎖，不會釋放鎖。直到b線程也要競爭該鎖時，a線程才會釋放鎖。 --->偏向鎖的釋放，需要等待全局安全點（在這個時間點上沒有正在執行的字節碼），它會首先暫停擁有偏向鎖的線程，然后檢查持有偏向鎖的線程是否還活著，如果線程仍然活著，擁有偏向鎖的棧會被執行。如果線程不處于活動狀態，則將鎖對象的MarkWord設置成無鎖狀態。棧幀中的lockRecord和對象頭的MarkWord要么重新偏向其他線程，要么恢復到無鎖，或者標記對象不適合作為偏向鎖（鎖升級）。最后喚醒暫停的線程。 --->關閉偏向鎖，通過jvm的參數-XX:UseBiasedLocking=false,則默認會進入輕量級鎖。 偏向鎖升級：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，它現在認為只可能有一個線程來訪問它，所以當第一個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MarkWord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。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，這時表明在這個對象上已經存在競爭了，操作系統檢查原來持有該對象鎖的線程是否依然存活，如果掛了，則可以將對象變為無鎖狀態，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，則可以將對象回復成無鎖狀態，然后重新偏向。

八：輕量級鎖

輕量級鎖加鎖:線程在執行同步塊之前，JVM會將對象頭中的Mark Word復制到棧幀鎖記錄中，官方稱為Displaced Mark Word。然后線程嘗試使用CAS將對象頭中的Mark Word替換為指向棧幀鎖記錄的指針。如果成功，當前線程獲得鎖，如果失敗，表示其他線程競爭鎖，當前線程便嘗試使用自旋來獲取鎖。 輕量級鎖解鎖:輕量級解鎖時，會使用原子的CAS操作將Displaced Mark Word替換回到對象頭，如果成功，則表示沒有競爭發生。如果失敗，表示當前鎖存在競爭，鎖就會膨脹成重量級鎖。 --->a線程獲得鎖，棧幀鎖記錄中的lock record指針指向鎖對象的對象頭mark word.再讓mark word 指向lock record.這就是獲取了鎖。 --->輕量級鎖，b線程在鎖競爭時，發現鎖已經被a線程占用，則b線程不進入內核態，讓b線程自旋，執行空循環，等待a線程釋放鎖。如果，完成自旋策略還是發現a線程沒有釋放鎖，或者讓c線程占用了。則b線程試圖將輕量級鎖升級為重量級鎖。 輕量級鎖認為競爭存在，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。 但是當自旋超過一定的次數，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。

九：重量級鎖

就是讓爭搶鎖的線程從用戶態轉換成內核態。讓cpu借助操作系統進行線程協調。

轉載于:https://www.cnblogs.com/wzj4858/p/8215369.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的javas的四种状态 无锁状态 偏向锁状态 轻量级锁状态 重量级锁状态的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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