对象锁——synchronized关键字

　　jdk1.6之后对synchronized进行了优化，为了减少获得锁和释放锁带来的性能消耗，引入了偏向锁和轻量级锁，协调线程安全性和性能的平衡。这种优化主要解决上下文频繁切换，由于Java层面的线程与操作系统的原生线程有映射关系，如果要将一个线程进行阻塞或唤起都需要操作系统的协助，这就需要从用户态切换到内核态来执行，这种切换代价十分昂贵，很耗处理器时间。

* 可重入锁，主要解决自己锁死自己的问题。

* 非公平锁，提高执行性能。

* 悲观锁，不管是否存在竞争，都会加锁。乐观锁：CAS，它涉及到三个操作数：内存值、预期值、新值。当且仅当预期值和内存值相等时才将内存值修改为新值。它具有原子性，由CPU硬件指令实现保证，即使用JNI调用Native方法调用由C++编写的硬件级别指令。

1、锁的原理

　　synchronized也叫对象锁（类级别则是Class对象），因为它是通过对对象加锁来实现的。　　

（1）对象内存布局

　　对象在内存中的布局可以分为：对象头、实例数据、对齐填充。

（2）对象头中的Mark Word（对象标记）

　　Mark Word记录了对象和锁有关的信息，当某个对象被synchronized当成同步锁时，围绕这个锁的一系列操作都和Mark Word有关系。Mark Word在32位虚拟机的长度是32bit，在64位虚拟机的长度是64bit。主要存储着该对象锁的当前状态数据：

锁状态	25bit		4bit	1bit	2bit
锁状态	23bit	2bit	4bit	是否偏向锁	锁标志位
无锁	对象的hashcode		分代年龄	0	01
偏向锁	线程id	Epoch	f分代年龄	1	01
轻量级锁	指向栈中锁记录的指针				00
重量级锁	指向重量级锁的指针				10
GC标记	空				11

　　线程在获取锁的时候，实际上就是获得一个监视器对象（monitor），monitor可以认为是一个同步对象，所有的java对象都有一个monitor。多个线程访问同步代码块时，就是去争抢锁对象的监视器去修改对象中的锁标识。

2、synchronized锁的升级

　　锁升级的过程：

（1）偏向锁（适合竞争较少的场景）

　　偏向锁的获取：

　　　　当对象锁第一次被获取时，在Mark Word中记录下该线程的ID，这个线程称为偏向线程。

　　　　* 当有线程获取该对象锁时，首先根据对象头判断是否处于可偏向状态（biased_lock=1，且线程ID为空）；

　　　　* 如果是可偏向状态，则通过cas操作，尝试把当前线程ID写入到Mark Word。

　　　　　　——cas写入成功，表示已经获得了所对象的偏向锁；

　　　　　　——cas写入失败，表示其他线程已经获得了偏向锁，存在竞争，需要撤销已获得偏向锁的线程，并把该对象锁升级为轻量级锁（注意：这个操作需要在全局安全点，也就是没有线程在执行字节码的时候才能执行）

　　　　* 如果是已偏向状态，检查Mark Word中存储的线程ID是否等于当前线程ID

　　　　　　——相等，则不需再次获得锁，直接执行同步代码块；

　　　　　　——不相等，说明当前锁偏向于其他线程，存在竞争，需要撤销已获得偏向锁的线程，并把该对象锁升级为轻量级锁（执行时机同上）。　　

　　偏向锁的撤销：

　　　　对原持有偏向锁的线程进行撤销时，原偏向线程有两种情况：

　　　　* 偏向线程同步代码块执行完了，判断Epoch是否达到阈值（默认40），达到阈值则升级为轻量级锁，没达到则会把对象头设置为无锁状态，Epoch+1，所有线程可以基于CAS重新获取该偏向锁。

　　　　* 偏向线程同步代码块还没执行完，此时会把原偏向线程持有的偏向锁升级为轻量级锁后，继续执行同步代码块。

　　注意：在实际应用开发中，绝大部分情况下一定会存在 2 个以上的线程竞争，那么如果开启偏向锁，反而会提升获取锁的资源消耗。所以可以通过jvm参数 UseBiasedLocking 来设置开启或关闭偏向锁。

（2）轻量级锁（适合同步代码块执行时间很短的场景）

　　锁升级为轻量级锁之后，锁对象的Mark Word也会进行相应的变化，升级为轻量级锁的过程：

　　　　* 线程在自己的线程栈中创建锁记录Lock Record。

　　　　* 将锁对象的对象头中的Mark Word复制到线程刚刚创建的锁记录中。

　　　　* 将锁记录中的owner指针指向锁对象。

　　　　* 将锁对象的对象头中的Mark Word替换为指向锁记录的指针。

自旋锁：

　　轻量级锁在加锁过程中用到了自旋锁。所谓自旋，就是当有线程A来竞争锁时，A线程会在原地循环等待，而不是把A线程阻塞（这里阻塞指将线程挂起）。注意：自旋相当于执行一个空的for循环，也是会消耗CPU资源，所以轻量级锁适合同步代码块执行时间很快的场景，这样自旋时间不会太长。jdk1.6之前自旋是有一定次数限制的，默认10次，可以通过preBlockSpin来修改，jdk1.6之后引入了自适应自旋锁。

　　自适应自旋锁：自适应意味着自旋的次数不是固定的，而是根据前一次在同一个锁上自旋的时间及锁拥有者的状态来决定。如果在同一个锁对象上，自旋等待刚刚成功获得过锁，那么虚拟机会认为这次自旋也可能成功，并允许这次自旋等待相对更长的时间；如果对于某个锁，自旋很少成功过，那在以后尝试获取该锁时将省略自旋过程，直接阻塞线程，避免浪费CPU资源。

轻量级锁与自旋锁的不同：

　　* 轻量级锁每次在退出同步代码块时都需要释放锁，而偏向锁只有在竞争时才释放锁。

　　* 轻量级锁进入和退出同步代码块（加锁和解锁）时都要通过cas操作更新对象头的Mark Word。

　　* 线程争夺轻量级锁失败时，会自旋尝试争抢。

轻量级锁加锁和释放锁的流程：