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锁的应用在java编程开发线程安全领域是需要重点学习的一个编程技术，而今天我们就一起来了解一下，java编程开发偏向锁与轻量级锁的特点。

一、偏向锁

1)背景：大多数情况下，锁不仅不存在多线程竞争，而且总是由同一线程多次获得，为了让线程获得锁的代价更低而引入了偏向锁。

2)概念：核心思想就是锁会偏向一个获取它的线程，如果在接下来的执行过程中没有其它的线程获取该锁，则持有偏向锁的线程永远不需要同步。

3)目的：偏向锁实际上是一种优化锁，其目的是为了减少数据在无竞争情况下的性能损耗。

4)原理：

1>当一个线程访问同步块并获取锁时，会在对象头和栈帧中的锁记录里存储锁偏向的线程ID。

2>以后该线程在进入和退出同步块时就不需要进行CAS操作来加锁和解锁，只需简单地判断一下对象头的MarkWord里是否存储着指向当前线程的偏向锁。

5)偏向锁的获取：

1>访问MarkWord中偏向锁的标识位是否为1，如果是1，则确定为偏向锁。

说明：

[1]如果偏向锁的标识位为0，说明此时是处于无锁状态，则当前线程通过CAS操作尝试获取偏向锁，如果获取锁成功，则将MarkWord中的偏向线程ID设置为当前线程ID;并且将偏向标识位设为1。

[2]如果偏向锁的标识位不为1，也不为0(此时偏向锁的标识位没有值)，说明发生了竞争，偏向锁已经膨胀为轻量级锁，这时使用CAS操作尝试获得锁。

2>如果是偏向锁，则判断MarkWord中的偏向线程ID是否指向当前线程，如果偏向线程ID指向当前线程，则表明当前线程已经获取到了锁;

3>如果偏向线程ID并未指向当前线程，则通过CAS操作尝试获取偏向锁，如果获取锁成功，则将MarkWord中的偏向线程ID设置为当前线程ID;

4>如果CAS获取偏向锁失败，则表示有竞争。当到达全局安全点时(在这个时间点上没有正在执行的字节码)，获得偏向锁的线程被挂起，偏向锁升级为轻量级锁，然后被阻塞在安全点的线程继续往下执行同步代码。

6)偏向锁的释放：

1>当其它的线程尝试获取偏向锁时，持有偏向锁的线程才会释放偏向锁。

2>释放偏向锁需要等待全局安全点(在这个时间点上没有正在执行的字节码)。

3>过程：

先暂停拥有偏向锁的线程，然后检查持有偏向锁的线程是否活着，如果线程不处于活动状态，则将对象头设置成无锁状态，

如果线程还活着，说明此时发生了竞争，则偏向锁升级为轻量级锁，然后刚刚被暂停的线程会继续往下执行同步代码。

7)优点：加锁和解锁不需要额外的消耗，和执行非同步方法相比仅存在纳秒级的差距

8)缺点：如果线程间存在锁竞争，锁撤销会带来额外的消耗。

二、轻量级锁

1)原理：

1>当使用轻量级锁(锁标识位为00)时，线程在执行同步块之前，JVM会先在当前线程的栈桢中创建用于存储锁记录的空间，并将对象头中的MarkWord复制到锁记录中(注:锁记录中的标识字段称为DisplacedMarkWord)。

2>将对象头中的MarkWord复制到栈桢中的锁记录中之后，虚拟机将尝试使用CAS将对象头中MarkWord替换为指向该线程虚拟机栈中锁记录的指针，此时如果没有线程占有锁或者没有线程竞争锁，则当前线程成功获取到锁，然后执行同步块中的代码。

3>如果在获取到锁的线程执行同步代码的过程中，另一个线程也完成了栈桢中锁记录的创建，并且已经将对象头中的MarkWord复制到了自己的锁记录中，然后尝试使用CAS将对象头中的MarkWord修改为指向自己的锁记录的指针，但是由于之前获取到锁的线程已经将对象头中的MarkWord修改过了(并且现在还在执行同步体中的代码,即仍然持有着锁)，所以此时对象头中的MarkWord与当前线程锁记录中MarkWord的值不同，导致CAS操作失败，然后该线程就会不停地循环使用CAS操作试图将对象头中的MarkWord替换为自己锁记录中MarkWord的值，(当循环次数或循环时间达到上限时停止循环)如果在循环结束之前CAS操作成功，那么该线程就可以成功获取到锁，如果循环结束之后依然获取不到锁，则锁获取失败，对象头中的MarkWord会被修改为指向重量级锁的指针，然后这个获取锁失败的线程就会被挂起，阻塞了。

4>当持有锁的那个线程执行完同步体之后，使用CAS操作将对象头中的MarkWord还原为初的状态时(将对象头中指向锁记录的指针替换为DisplacedMarkWord)，发现MarkWord已被修改为指向重量级锁的指针，因此CAS操作失败，该线程会释放锁并唤起阻塞等待的线程，开始新一轮夺锁之争，而此时，轻量级锁已经膨胀为重量级锁，所有竞争失败的线程都会阻塞，而不是自旋。

自旋锁：

1)所谓自旋锁，就是让没有获得锁的进程自己运行一段时间自循环(默认开启)，但是不挂起线程。

2)自旋的代价就是该线程会一直占用处理器如果锁占用的时间很短，自旋等待的效果很好，反之，自旋锁会消耗大量处理器资源。

3)因此，自旋的等待时间必须有一定限度，超过限度还没有获得锁，就要挂起线程。

优点：在没有多线程竞争的前提下，减少传统的重量级锁带来的性能损耗。

缺点：竞争的线程如果始终得不到锁，自旋会消耗cpu。

应用：追求响应时间，同步块执行速度非常快。

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