锁机制

1锁基础和优化。

　　（1）对象头mark 

　　　　*对象头的标记，描述对象的hash，锁信息，垃圾回收标记，年龄等。包括指向锁记录的指针，指向monitor的指针，gc标记，偏向锁线程id。这部分数据的长度在32位和64位的虚拟机中分别为32bit和64bit，简称“Mark Word”

　　　　*对象头信息是与对象自身定义的数据无关的额外存储成本。它会根据对象的状态复用自己的存储空间。例如：在32位的HotSpot虚拟机中对象未被锁定的状态下，Mark Word的32bit空间中的25bit用于存储对象哈希（HashCode），4bit用于存储对象分代年龄，2bit用于存储锁标志位，1bit固定为0。

　　　　*如果对象是数组类型，则虚拟机用3个Word（字宽）存储对象头，如果对象是非数组类型，则用2Word存储对象头。下图是64位mark

　　　　

 

　　　　

　　（2）偏向锁  jdk1.6引入，锁会偏向于当前已经占有锁的线程。因为普遍认为大部分情况没有竞争，通过偏向可以提高性能。偏向锁将对象头mark的标记设置为偏向，并将线程id写入对象头mark。如果没有竞争，获得偏向锁的线程在将来进入同步块时，不需要做同步。当其他线程请求相同的锁时，偏向模式结束。注意如果在竞争激烈的场合，偏向锁会增加系统负担。

　　意义：锁偏向于第一个获得它的线程。消除数据在无竞争情况下的同步原语，提高性能。如果在接下来的执行过程中，该锁没有被其他的线程获取，则持有偏向锁的线程将永远不需要再进行同步。

　　 -XX:+UseBiasedLocking=true/false  启用/禁用偏向锁，默认偏向锁是开启的。

　　 -XX:BiasedLockingStartupDelay=0 偏向锁启动延时。一般启动时jdk认为竞争不激烈，会延迟几秒再启动偏向锁。

　　（3）轻量级锁  

　　　　BasicObjectLock 嵌入在线程栈中的对象,是一种快速的锁定方法。

　　　　如果对象没有被锁定，那么轻量级锁使用时会将对象头的mark指针保存到锁对象中，将对象头的轻量锁指针设置为指向锁的指针。线程栈里有指针指向对象头，对象头又指向线程栈的轻量级锁，形成一个互相引用的关系。所以只要判断对象头的指针是否指向某个线程栈，就知道对象是否加上轻量级锁。

　　　　*如果轻量级锁失败，表示存在竞争，则升级为重量级锁，即常规锁。竞争较少的情况下，轻量级锁可以减少使用操作系统互斥量产生的性能消耗；在竞争激烈时，轻量级锁的工作是白费的，相当于额外操作导致性能下降。

　　（4）自旋锁 

　　　　当竞争存在时，如果线程可以很快获得锁，那么可以不在os层挂起线程，而是让线程自己做些空动作。

　　　　jdk1.6中，-XX:+UseSpinning开启自旋，1.7以后默认自旋。

　　　　如果同步块较长，则自旋失败，降低系统性能；同步较短则自旋成功，节省线程挂起时间，提升系统性能。

　　*偏向锁，轻量级锁，自旋锁 是jvm层面的锁优化方法，系统会先尝试偏向锁，若不可用则用轻量级锁，再不可用则自旋，如果再失败则升级到一般锁调用os资源。

　　*代码层面，应该尽量减少锁的时间，比如只锁部分代码；减少锁粒度，比如concurrentHashMap只对部分加锁（segment）；

    （5）锁分离

　　 根据功能进行锁分离，是减少锁粒度的一种，典型例子是读写锁（readWriteLock），读多写少的情况可以提高性能。读锁可重入，写锁读写都独占。

　　 * linkedBlockingQueue 是个链表队列，同时有take和put两种操作，可以进行锁分离，take和push有单独的锁，可以提高性能。

　　（6）锁粗化

　　　　正常情况下，系统要求每个线程持有锁的时间尽量短，尽快释放资源，其他线程尽早得资源；但是如果对锁请求太频繁，请求同步释放等过程会消耗过多系统资源。例如，两个同步块之间的代码时间较短，jdk会把两个同步块连同中间代码合成一个同步块，避免反复请求资源；或者for循环内部加锁，会优化成直接锁for循环。

　　（7）锁消除 

　　　　jvm在编译时，如果发现不可能被共享的对象，则可以擦除不起作用的锁。