自旋锁，偏向锁，轻量级锁，重量级锁

Posted 2023-05-03

参考技术A JVM为了性能，对内置锁做了优化，比如内置锁的分配和膨胀
内置锁只能沿着偏向锁，轻量级锁，重量级锁的顺序逐渐升级，不能降级。

为了减少线程切换（线程挂起和恢复线程都会引起CPU用户态和内核态的切换）的开销，所以产生了自旋锁。

当线程竞争锁失败后，会通过自旋（如空等待）一会，自选的过程中也会竞争锁。如果这个过程没有竞争到锁，那么就会阻塞自己。

注：单核处理器的情况下，是伪并行，只可能存在一个线程执行，所以自旋锁是无意义的。
-XX:-UseSpinning参数关闭自旋锁优化；-XX:PreBlockSpin参数修改默认的自旋次数。

即自旋的时间由前一次这个锁的自旋时间决定：同一个锁对象上，如果上次自旋获得过锁，那么虚拟机允许它自旋等待持续更长的时间；如果很少成功获取锁，那么就会减少自旋时间。

偏向锁：无实际竞争，只有第一个申请锁的线程会使用锁
1.偏向锁会偏向第一个获得它的线程。
2.当线程获取锁的时候，先检查Mark Word是否是可偏向锁的状态。是则检查Mark Word中存储的线程是否为当前线程Id，是则获取成功
3.如果不是，则通过CAS去将其修改成本线程Id，修改成功则一切顺利，失败就会在拥有该锁的线程达到安全点（指当前时间没有字节码正在执行）之后，挂起该线程，升级为轻量级锁。

1.当有线程膨胀为轻量级锁之后，其他线程来竞争锁，虚拟机会在当前线程的栈帧中创建一个锁记录的空间，存储锁对象的Mark Word的拷贝。并拷贝
2.虚拟机使用CAS操作尝试将对象的Mark word更新为指向锁记录的指针，成功，那么该线程就拥有了该对象的锁
3.失败轻量级锁就会膨胀为重量级锁。

偏向锁轻量级锁和自旋锁

偏向锁

偏向锁是JDK1.6提出来的一种锁优化的机制。其核心的思想是，如果程序没有竞争，则取消之前已经取得锁的线程同步操作。也就是说，若某一锁被线程获取后，便进入偏向模式，当线程再次请求这个锁时，就无需再进行相关的同步操作了，从而节约了操作时间，如果在此之间有其他的线程进行了锁请求，则锁退出偏向模式。

轻量级锁

如果偏向锁失败，Java虚拟机就会让线程申请轻量级锁，轻量级锁在虚拟机内部，使用一个成为BasicObjectLock的对象实现的，这个对象内部由一个BasicLock对象和一个持有该锁的Java对象指针组成。BasicObjectLock对象放置在Java栈帧中。在BasicLock对象内部还维护着displaced_header字段，用于备份对象头部的Mark Word.

当一个线程持有一个对象的锁的时候，对象头部Mark Word信息如下

[ptr                       |00] locked  

末尾的两位比特为00，整个Mark Word为指向BasicLock对象的指针。由于BasicObjectLock对象在线程栈中，因此该指针必然指向持有该锁的线程栈空间。当需要判断一个线程是否持有该对象时，只需要简单地判断对象头的指针是否在当前线程的栈地址范围即可。同时，BasicLock对象的displaced_header，备份了原对象的Mark word内容，BasicObjectLock对象的obj字段则指向持有锁的对象头部。

自旋锁

自旋锁可以使线程在没有取得锁的时候，不被挂起，而转去执行一个空循环，（即所谓的自旋，就是自己执行空循环），若在若干个空循环后，线程如果可以获得锁，则继续执行。若线程依然不能获得锁，才会被挂起。

使用自旋锁后，线程被挂起的几率相对减少，线程执行的连贯性相对加强。因此，对于那些锁竞争不是很激烈，锁占用时间很短的并发线程，具有一定的积极意义，但对于锁竞争激烈，单线程锁占用很长时间的并发程序，自旋锁在自旋等待后，往往毅然无法获得对应的锁，不仅仅白白浪费了CPU时间，最终还是免不了被挂起的操作 ，反而浪费了系统的资源。