偏向锁和轻量级锁

1我们先说下java 对象头部分的 Mark Word。在32位虚拟机上，他的长度是32位；在64位虚拟机上，他的长度是64位。

java1.6之后，对象有4中状态：无锁态，偏向锁态，轻量锁态，重量锁态。

普通情况下，Mark Word的格式如下：

hash:25 ————>| age:4 | biased_lock:1 lock:2

最后部分2个bit是固定的，表示对象锁的状况

01 表示无锁，或者偏向锁； 00表示轻量级锁；10表示重量级锁

第三部分是标识是否偏向锁。当最后部分为01时，第三部分为0表示普通无锁对象，第三部分为1表示偏向锁；最后部分为其他值，第三部分不存在。

age表示分代年龄；hash表示对象hash值。

普通无锁：对象hash:25 ————>| age:4 | 0 | 01

偏向锁：偏向锁的线程和时间戳:25 ————>| age:4 | 1 | 01

轻量锁：指向栈中锁记录的指针：30 | 00

重量锁：指向互斥量（重量级锁）的指针：30 | 10

偏向锁

为了让线程获取锁的代价减少，从而引入了偏向锁。当一个线程访问同步块并获取锁的时候，会在对象头和栈帧中的琐记录里存储锁偏向的线程ID，以后线程在进入同一个同步块时，不需要进行CAS操作，来加锁和解锁。

1. 加锁过程

先测试对象头的Mark Word里是否存储这指向当前线程的偏向锁。如果测试成功，表示线程已经获得锁。如果测试失败，需要再次测试对象头的Mark Word里的偏向锁标识是否设置为1（表示当前是偏向锁），如果设置了，则尝试进行CAS操作将对象头的偏向锁指向当前线程，如果没有设置，则采用CAS竞争锁。

2. 解锁过程

如果有其他的线程进行了锁请求，则持有偏向锁的线程才会释放锁。
偏向锁的撤销过程需要等待全局安全点，即该时刻没有正在执行的字节码。它会首先先暂停持有偏向锁的线程，然后检查持有偏向锁的线程是否还活着，如果线程不处与活动状态，则将对象头设置为无锁状态。如果线程还存活着，用于偏向锁的栈会先被执行，遍历偏向对象的琐记录，栈中和对象头里的Mark Word要么重新偏向其他线程，要么恢复到无锁状态或者标记对象不适合作为偏向锁，最后唤醒暂停的所有线程。

启用参数：
-XX:+UseBiasedLocking
关闭延迟：
-XX:BiasedLockingStartupDelay=0
禁用参数：
-XX:-UseBiastedLocking

轻量级锁

轻量级锁并不是用来代替重量级锁的，它的本意是在没有多线程竞争的前提下，减少传统的重量级锁使用产生的性能消耗。在解释轻量级锁的执行过程之前，先明白一点，轻量级锁所适应的场景是线程交替执行同步块的情况，如果存在同一时间访问同一锁的情况，就会导致轻量级锁膨胀为重量级锁。

1. 加锁过程

线程在执行同步块之前，JVM会先在线程的栈帧中创建一个存储锁记录的空间，并将对象头的Mark Word复制到琐记录中，官方成为Displaced Mark Word。然后线程尝试使用CAS将对象头中的Mark Word 替换为指向琐记录的指针。如果成功，当前线程获得锁。如果失败，说明有其他线程竞争锁，当前线程便尝试使用自旋来获得锁。

2. 解锁过程

解锁时会使用CAS操作，尝试将Displace Mark Word替换回到对象头中，如果成功，这说明没有竞争发生。如果失败，则说明当前锁存在竞争，这时轻量级锁就会膨胀为重量级锁。

重量级锁

由于自旋会消耗CPU资源，为了避免无用的自旋，当轻量级锁膨胀为重量级锁时，就不会再回到轻量级锁。当锁处于重量级时，其他线程尝试获取锁，都会被阻塞。当持有锁的线程释放锁后，会唤醒等待的线程，然后进行新一轮的竞争。

优缺点对比

锁 优点 缺点 使用场景 偏向锁 加锁和解锁不需要额外的消耗，和执行非同步方法相比，只有纳秒级别的差距 如果线程间存在竞争，会带来撤销锁的额外消耗 适用于只有一个线程访问同步块的场景 轻量级锁 竞争的线程不会阻塞，提高了相应速度 如果线程得不到锁会一直自旋，消耗CPU 追求相应时间；同步块代码执行速度快 重量级锁 线程竞争不使用自旋，不消耗CPU 线程阻塞，响应时间慢 追求吞吐量；同步块执行时间较长