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Monitor實現的鎖屬于重量級鎖，你了解過鎖升級嗎？
前面我們說了 synchronized 底層由monitor實現的，它那 synchronized 到底鎖的是什么呢？隨著 JDK 版本的升級，synchronized 又做出了哪些改變呢？“synchronized 性能很差”的謠言真的存在嗎？
在介紹以上內容之前，我們要先知道重量級鎖概念。
當另外一個線程執行到同步塊的時候，由于它沒有對應 monitor 的所有權，就會被阻塞，此時控制權只能交給操作系統，也就會從 user mode 切換到 kernel mode, 由操作系統來負責線程間的調度和線程的狀態變更, 這就需要頻繁的在這兩個模式下切換（上下文轉換）。有點競爭就找內核的行為很不好，會引起很大的開銷，所以大家都叫它重量級鎖，自然效率也很低,這也就給很多小伙伴留下了一個印象 —— synchronized 關鍵字相比于其他同步機制性能不好，但其實不然。
在JVM虛擬機中，對象在內存中存儲的布局可分為3塊區域：對象頭（Header）、實例數據（Instance Data）和對齊填充。
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我們需要重點分析MarkWord對象頭,因為Markword 是保存鎖狀態的關鍵，對象鎖狀態可以從偏向鎖升級到輕量級鎖，再升級到重量級鎖，加上初始的無鎖狀態，可以理解為有 4 種狀態。想在一個對象中表示這么多信息自然就要用位來存儲。
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thread：持有偏向鎖的線程ID，占23位
我們可以通過lock的標識，來判斷是哪一種鎖的等級
在很多的情況下，在Java程序運行時，同步塊中的代碼都是不存在競爭的，不同的線程交替的執行同步塊中的代碼。這種情況下，用重量級鎖是沒必要的。因此JVM引入了輕量級鎖的概念。
如果 CPU 通過 CAS（后面會細講，戳鏈接直達）就能處理好加鎖/釋放鎖，這樣就不會有上下文的切換。
但是當競爭很激烈，CAS 嘗試再多也是浪費 CPU，權衡一下，不如升級成重量級鎖，阻塞線程排隊競爭，也就有了輕量級鎖升級成重量級鎖的過程。
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作為程序員的我們最喜歡用代碼說話，貼心的 openjdk 官網提供了可以查看對象內存布局的工具 JOL (java object layout)，我們直接通過 Maven 引入到項目中。
<dependency> <groupId>org.openjdk.jol</groupId> <artifactId>jol-core</artifactId> <version>0.14</version> </dependency>public class SyncSample { private static Object LOCK = new Object(); public static void main(String[] args) { System.out.println("----------未進入同步塊，MarkWord 為：----------"); System.out.println(ClassLayout.parseInstance(LOCK).toPrintable()); synchronized (LOCK) { System.out.println("----------進入同步塊，MarkWord 為：----------"); System.out.println(ClassLayout.parseInstance(LOCK).toPrintable()); } }}
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1.在線程棧中創建一個Lock Record，將其obj字段指向鎖對象。
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2.通過CAS指令將Lock Record的地址存儲在對象頭的mark word中（數據進行交換），如果對象處于無鎖狀態則修改成功，代表該線程獲得了輕量級鎖。
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3.如果是當前線程已經持有該鎖了，代表這是一次鎖重入。設置Lock Record第一部分為null，起到了一個重入計數器的作用。
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4.如果CAS修改失敗，說明發生了競爭，需要膨脹為重量級鎖。
1.遍歷線程棧,找到所有obj字段等于當前鎖對象的Lock Record。
2.如果Lock Record的Mark Word為null，代表這是一次重入，將obj設置為null后continue。
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3.如果Lock Record的 Mark Word不為null，則利用CAS指令將對象頭的mark word恢復成為無鎖狀態。如果失敗則膨脹為重量級鎖。
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輕量級鎖在沒有競爭時（就自己這個線程），每次重入仍然需要執行 CAS 操作。Java 6 中引入了偏向鎖來做進一步優化：只有第一次使用 CAS 將線程 ID 設置到對象的 Mark Word 頭，之后發現這個線程 ID 是自己的就表示沒有競爭，不用重新 CAS。以后只要不發生競爭，這個對象就歸該線程所有。
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可是多線程環境，也不可能只有同一個線程一直獲取這個鎖，其他線程也是要干活的，如果出現多個線程競爭的情況，就會有偏向鎖升級的過程。
1.在線程棧中創建一個Lock Record，將其obj字段指向鎖對象。
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2.通過CAS指令將Lock Record的線程id存儲在對象頭的mark word中，同時也設置偏向鎖的標識為101，如果對象處于無鎖狀態則修改成功，代表該線程獲得了偏向鎖。
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3.如果是當前線程已經持有該鎖了，代表這是一次鎖重入。設置Lock Record第一部分為null，起到了一個重入計數器的作用。與輕量級鎖不同的時，這里不會再次進行cas操作，只是判斷對象頭中的線程id是否是自己，因為缺少了cas操作，性能相對輕量級鎖更好一些。
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思考:偏向鎖可以繞過輕量級鎖，直接升級到重量級鎖嗎？
面試官:Monitor實現的鎖屬于重量級鎖，你了解過鎖升級嗎？
Java中的synchronized有無鎖(無鎖就是沒有對資源進行鎖定，任何線程都可以嘗試去修改它)、偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖四種形式，偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖分別對應了鎖只被一個線程持有、不同線程交替持有鎖、多線程競爭鎖三種情況
鎖別 | 描述 |
重量級鎖 | 底層使用的Monitor實現，里面涉及到了用戶態和內核態的切換、進程的上下文切換，成本較高，性能比較低。 |
輕量級鎖 | 線程加鎖的時間是錯開的（也就是沒有競爭），可以使用輕量級鎖來優化。輕量級修改了對象頭的鎖標志，相對重量級鎖性能提升很多。每次修改都是CAS操作，保證原子性 |
偏向鎖 | 一段很長的時間內都只被一個線程使用鎖，可以使用了偏向鎖，在第一次獲得鎖時，會有一個CAS操作，之后該線程再獲取鎖，只需要判斷mark word中是否是自己的線程id即可，而不是開銷相對較大的CAS命令 |
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