鎖原理：偏向鎖、輕量鎖、重量鎖

 java中每個對象都可作為鎖，鎖有四種級別，按照量級從輕到重分為：無鎖、偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖。每個對象一開始都是無鎖的，隨着線程間爭奪鎖，越激烈，鎖的級別越高，並且鎖只能升級不能降級。

一、java對象頭

 鎖的實現機制與java對象頭息息相關，鎖的所有信息，都記錄在java的對象頭中。用2字（32位JVM中1字=32bit=4baye）存儲對象頭，如果是數組類型使用3字存儲（還需存儲數組長度）。對象頭中記錄了hash值、GC年齡、鎖的狀態、線程擁有者、類元數據的指針。

二、偏向鎖

 在實際應用運行過程中發現，“鎖總是同一個線程持有，很少發生競爭”，也就是說鎖總是被第一個占用他的線程擁有，這個線程就是鎖的偏向線程。

 那么只需要在鎖第一次被擁有的時候，記錄下偏向線程ID。這樣偏向線程就一直持有着鎖，直到競爭發生才釋放鎖。以后每次同步，檢查鎖的偏向線程ID與當前線程ID是否一致，如果一致直接進入同步，退出同步也，無需每次加鎖解鎖都去CAS更新對象頭，如果不一致意味着發生了競爭，鎖已經不是總是偏向於同一個線程了，這時候需要鎖膨脹為輕量級鎖，才能保證線程間公平競爭鎖。

1.加鎖

 
偏向鎖加鎖發生在偏向線程第一次進入同步塊時，CAS原子操作嘗試更新對象的Mark Word（偏向鎖標志位為"1"，記錄偏向線程的ID）。

2.撤銷偏向鎖

 當有另一個線程來競爭鎖的時候，就不能再使用偏向鎖了，要膨脹為輕量級鎖。
競爭線程嘗試CAS更新對象頭失敗，會等待到全局安全點（此時不會執行任何代碼）撤銷偏向鎖。

三、輕量級鎖

 輕量鎖與偏向鎖不同的是：

1. 輕量級鎖每次退出同步塊都需要釋放鎖，而偏向鎖是在競爭發生時才釋放鎖
2. 每次進入退出同步塊都需要CAS更新對象頭
3. 爭奪輕量級鎖失敗時，自旋嘗試搶占鎖

 可以看到輕量鎖適合在競爭情況下使用，其自旋鎖可以保證響應速度快，但自旋操作會占用CPU，所以一些計算時間長的操作不適合使用輕量級鎖。

1.加鎖

 加鎖過程和偏向鎖加鎖差不多，也是CAS修改對象頭，只是修改的內容不同。

1. 在MarkWord中保存當前線程的指針
2. 修改鎖標識位為“00”

 采用CAS操作的原因是，不想在加鎖解鎖上再加同步

 如果對象處於無鎖狀態（偏向鎖標志位為"0"，鎖標志位為"01"），會在線程的棧中開辟個鎖記錄空間（Lock Record），將Mark Word拷貝一份到Lock Record中，稱為Displaced Mark Word，在Lock Record中保存對象頭的指針（owner）。
接下來CAS更新MarkWord，將MarkWord指向當前線程，owner指向MarkWord，如果失敗了，則意味着出現了另一個線程競爭鎖，此時需要鎖膨脹為輕量級鎖。

2.解鎖

 用CAS操作鎖置為無鎖狀態（偏向鎖位為"0"，鎖標識位為"01"），若CAS操作失敗則是出現了競爭，鎖已膨脹為重量級鎖了，此時需要釋放鎖（持有重量級鎖線程的指針位為"0"，鎖標識位為"10"）並喚醒重量鎖的線程。

3.膨脹為重量級鎖

 當競爭線程嘗試占用輕量級鎖失敗多次之后，輕量級鎖就會膨脹為重量級鎖，重量級線程指針指向競爭線程，競爭線程也會阻塞，等待輕量級線程釋放鎖后喚醒他。

三、重量級鎖

 重量級鎖的加鎖、解鎖過程和輕量級鎖差不多，區別是：競爭失敗后，線程阻塞，釋放鎖后，喚醒阻塞的線程，不使用自旋鎖，不會那么消耗CPU，所以重量級鎖適合用在同步塊執行時間長的情況下。

四、參考

1. 《Java並發編程的藝術》
2. 《輕量級鎖與偏向鎖》
3. 《Synchronized下的三種鎖:偏向鎖 輕量鎖 重量鎖 理解》
4. 《JAVA鎖的膨脹過程和優化》