03 .同步锁升级升级问题在现代(Oracle ) JDK中，JVM对此有了很大的改进，有三种不同的监视器实现：常见的三种不同的锁、倾斜锁、轻型锁
锁升级、降级是指JVM优化同步运行的机制，当JVM检测到不同的冲突情况时，它会自动切换到相应的锁实现。 这个切换就是锁的升级、降级。
如果不发生冲突，默认情况下使用倾斜锁定。 JVM使用“比较和扫描”(cas and swap )在对象头部的pydst Word部分设置线程ID，指示对象偏向当前线程，因此不涉及真正的排他锁定。 这假设大多数APP应用程序场景在大多数对象的生命周期中最多只能在一个线程上锁定，而使用倾斜锁定可以减少无冲突的开销。
如果有另一个线程尝试锁定已经倾斜的对象，JVM必须取消倾斜锁定并切换到实现轻量级锁定。 轻型锁尝试依赖CAS操作pydst Word获取锁，重试成功时使用普通轻型锁； 否则，我会进一步升级到重型锁定。
我注意到有观点认为Java不会进行封锁升级。 实际上，据我所知，封锁确实会发生。 当JVM进入“安全点”(SafePoint )时，检查是否有空闲监视器并尝试降级。
有四种状态，水平从低到高依次为：
无锁定状态、偏转锁定状态、轻型锁定(自旋锁定)状态和重量锁定状态，其根据竞争情况逐渐升级。 锁可以升级，但不能升级。 目的是提高获取锁定和解除锁定的效率。
从偏转锁定到重量锁定膨胀过程
同步锁定膨胀过程是无锁定偏转锁定轻型锁定重量锁定的一个过程。 这一过程是随着多线程对锁竞争的加剧，锁逐渐升级膨胀的过程。
分析如下。 从无线程访问的锁逐渐升级到重量级锁的过程：
1 )锁定对象刚创建时，没有要访问的线程，线程状态未锁定。 pydst word (锁定标志位-01是否偏向-0) ) ) ) ) )。
2 )线程a访问该对象锁时，将偏向线程a。 线程a检查pydst word (锁定标志位-01是否偏向-0)是否处于未锁定状态。 此时，有线程访问锁，无锁将升级为偏转锁、pydst word (是否偏转到锁定标志位-01、-1，线程ID-线程a的ID )
3 )线程a执行完同步块时，不主动释放偏转锁定。 具有偏转锁定的线程在运行同步代码后，不会主动解除偏转锁定，而是等待其他线程发生冲突后才解除锁定。 不更改pydst word (是否偏向锁定标志位-01、-1，线程ID-线程a的ID ) ) )。
4 )线程a再次获取此对象锁时，检查是否偏向pydst word (锁定标志位-01、-1、线程ID-线程a的ID )，偏向锁定并偏向线程a 通过这样偏向锁定，每次同一线程多次获取锁定时，只需检查标志位即可，而且效率很高。
5 )在线程a执行同步块之后，线程b获取此对象锁，并询问pydst word (锁定标志位-01、-1、线程ID-线程a的ID )是否偏向锁定而偏向线程a 不同的线程获取锁定对象，偏转锁定升级为轻型锁定，线程b获取该锁定。
6 )当线程a正在执行同步块时，即当线程a具有偏转锁定时，线程b获得该对象锁定。
检查是否偏向pydst word (锁定标志位-01、-1、线程ID-线程a的ID )，检查是否偏向锁定、线程a。
***线程a取消偏转锁定：
1 .等待全局安全点执行偏转锁定解除，暂停具有偏转锁定的线程a，检查进程a的状态；
2 .如果线程a不活动或退出同步代码块，请将对象锁设置为未锁定，然后升级为轻量级锁。 线程b获取轻量级锁定。
3 .如果线程a还在执行同步代码块，即线程a需要该对象锁定，则偏转锁定将扩展为轻型锁定。
***线程a扩展为轻量级锁定过程：
4 .在升级到轻型锁定之前，具有偏转锁定的线程(线程a )将暂停
5 .在线程a堆栈帧中创建称为锁定记录的空间(Lock Record )
6 .将锁定标头的pydst Word复制到线程a的锁定记录中
7.pydst Word的锁定标志位变为00，指向锁定记录的指针是线程a的锁定记录地址，pydst word (锁定标志位-00，指向其他位-线程a的锁定记录的指针)
8 .当原本具有偏转锁定的线程(线程a )获得轻量级锁定时，JVM唤醒线程a，线程a执行同步代码块
7 )线程a具有轻量级锁定，线程a执行同步块代码后，没有冲突线程，轻量级锁定成功释放。 轻量级解锁操作： CAS操作将线程a的“锁定记录”(Lock Record )中的pydst Word替换为锁定的标头。
8 )线程a具有轻量级锁定，并且在执行同步块代码时，线程b竞争对象锁定。
pydst word (锁定标志位-00，其他位-线程a锁定记录的指针) )。
9 .线程b首先在堆栈帧中创建锁定记录，并保存要锁定的当前pydst Word的副本
10 .线程b在CAS操作中将锁定的pydst Word指针指向线程b的锁定记录。 如果成功，则线程a刚刚释放锁定，线程b与锁定冲突，并且将执行同步代码块。
11 .为了线程a
一直持有锁，大部分情况下CAS是会失败的。CAS失败之后，线程B尝试使用自旋的方式来等待持有轻量级锁的线程释放锁。12. 线程B不会一直自旋下去，如果自旋了一定次数后还是失败，线程B会被阻塞，等待释放锁后唤醒。此时轻量级锁就会膨胀为重量级锁。pydst word（锁标志位-10，其他位-重量级锁monitor的指针）
13. 线程A执行完同步块代码之后，执行释放锁操作，CAS 操作将线程A的锁记录（Lock Record）中的pydst Word 替换回锁对象对象头中，因为对象头中已经不是原来的轻量级锁的指针了，而是重量级锁的指针，所以CAS操作会失败。
14. 释放轻量级锁CAS操作替换失败之后，需要在释放锁的同时需要唤醒被挂起的线程B。线程B被唤醒，获取重量级锁monitor
对象头
锁实际上是加在对象上的，那么被加了锁的对象我们称之为锁对象，在java中，任何一个对象都能成为锁对象。
****对象在内存中的存储结构
****长度****内容****说明32/64bitpydst WorkhashCode,GC分代年龄，锁信息32/64bitClass Metadata Address指向对象类型数据的指针32/64bitArray Length数组的长度(当对象为数组时)
****1.对象头和pydstWord
java的对象由三部分组成：对象头，实例数据，填充字节（对象占用内存是8bit的倍数，不足的需要填充）。
非数组对象的对象头由两部分组成：指向类的指针和pydst Word。
数组对象的对象头由三部分组成，比非数组对象多了块用于记录数组长度。
pydst Word用于记录对象的HashCode和锁信息等，在32位JVM中的pydst Word长度为32bit，
在64位JVM中的pydst Word长度为64bit。
pydst Word的最后2bit是锁标志位，代表当前对象处于哪种锁状态，当pydst Word处于不同的锁状态时，pydst Word记录的信息也有所不同。
无锁和偏向锁的锁标志位都是01，只是在前面的1bit区分了这是无锁状态还是偏向锁状态。
随着锁的升级，pydst Word里面的数据就会按照上表不断变化，JVM也会按照pydst Word里面的信息来判断对象锁处于什么状态
LockObject lockObject = new LockObject();//随便创建一个对象synchronized(lockObject){ //代码 }当我们创建一个对象LockObject时，该对象的部分pydstword关键数据如下。
****bit fields****是否偏向锁****锁标志位hash001从图中可以看出，偏向锁的标志位是“01”，状态是“0”，表示该对象还没有被加上偏向锁。（“1”是表示被加上偏向锁）。该对象被创建出来的那一刻，就有了偏向锁的标志位，这也说明了所有对象都是可偏向的，但所有对象的状态都为“0”，也同时说明所有被创建的对象的偏向锁并没有生效。
偏向锁不过，当线程执行到临界区（critical section）时，此时会利用CAS(Compare and Swap)操作，将线程ID插入到pydstword中，同时修改偏向锁的标志位。
所谓临界区，就是只允许一个线程进去执行操作的区域，即同步代码块。CAS是一个原子性操作
此时的pydst word的结构信息如下：
此时偏向锁的状态为“1”，说明对象的偏向锁生效了，同时也可以看到，哪个线程获得了该对象的锁。
****那么，什么是偏向锁?
偏向锁是jdk1.6引入的一项锁优化，其中的“偏”是偏心的偏。它的意思就是说，这个锁会偏向于第一个获得它的线程，在接下来的执行过程中，假如该锁没有被其他线程所获取，没有其他线程来竞争该锁，那么持有偏向锁的线程将永远不需要进行同步操作。
也就是说:
在此线程之后的执行过程中，如果再次进入或者退出同一段同步块代码，并不再需要去进行加锁或者解锁操作，而是会做以下的步骤：
1. Load-and-test，也就是简单判断一下当前线程id是否与pydstword当中的线程id是否一致.
2. 如果一致，则说明此线程已经成功获得了锁，继续执行下面的代码.
3. 如果不一致，则要检查一下对象是否还是可偏向，即“是否偏向锁”标志位的值。
4. 如果还未偏向，则利用CAS操作来竞争锁，也即是第一次获取锁时的操作。
如果此对象已经偏向了，并且不是偏向自己，则说明存在了竞争。此时可能就要根据另外线程的情况，可能是重新偏向，也有可能是做偏向撤销，但大部分情况下就是升级成轻量级锁了。
可以看出，偏向锁是针对于一个线程而言的，线程获得锁之后就不会再有解锁等操作了，这样可以省略很多开销。假如有两个线程来竞争该锁话，那么偏向锁就失效了，进而升级成轻量级锁了。
为什么要这样做呢？因为经验表明，其实大部分情况下，都会是同一个线程进入同一块同步代码块的。这也是为什么会有偏向锁出现的原因。
在Jdk1.6中，偏向锁的开关是默认开启的，适用于只有一个线程访问同步块的场景。
当下一个线程参与到偏向锁竞争时，会先判断 markword 中保存的线程 ID 是否与这个线程 ID 相等，如果不相等，会立即撤销偏向锁，升级为轻量级锁。每个线程在自己的线程栈中生成一个 LockRecord ( LR )，然后每个线程通过 CAS (自旋 )的操作将锁对象头中的 markwork 设置为指向自己的 LR 的指针，哪个线程设置成功，就意味着获得锁。
锁撤销升级为轻量级锁之后，那么对象的pydstword也会进行相应的的变化。下面先简单描述下锁撤销之后，升级为轻量级锁的过程：
1. 线程在自己的栈桢中创建锁记录 LockRecord。
2. 将锁对象的对象头中的pydstWord复制到线程的刚刚创建的锁记录中。
3. 将锁记录中的Owner指针指向锁对象。
4. 将锁对象的对象头的pydstWord替换为指向锁记录的指针。
轻量级锁主要有两种:
1. 自旋锁
2. 自适应自旋锁
****自旋锁
所谓自旋，就是指当有另外一个线程来竞争锁时，这个线程会在原地循环等待，而不是把该线程给阻塞，直到那个获得锁的线程释放锁之后，这个线程就可以马上获得锁的。
注意，锁在原地循环的时候，是会消耗cpu的，就相当于在执行一个啥也没有的for循环。
所以，轻量级锁适用于那些同步代码块执行的很快的场景，这样，线程原地等待很短很短的时间就能够获得锁了。
经验表明，大部分同步代码块执行的时间都是很短很短的，也正是基于这个原因，才有了轻量级锁这么个东西。
****自旋锁的一些问题
1. 如果同步代码块执行的很慢，需要消耗大量的时间，那么这个时侯，其他线程在原地等待空消耗cpu，这会让人很难受。
2. 本来一个线程把锁释放之后，当前线程是能够获得锁的，但是假如这个时候有好几个线程都在竞争这个锁的话，那么有可能当前线程会获取不到锁，还得原地等待继续空循环消耗cup，甚至有可能一直获取不到锁。
基于这个问题，我们必须给线程空循环设置一个次数，当线程超过了这个次数，我们就认为，继续使用自旋锁就不适合了，此时锁会再次膨胀，升级为重量级锁。
默认情况下，自旋的次数为10次，用户可以通过-XX:PreBlockSpin来进行更改。
****自适应自旋锁
所谓自适应自旋锁就是线程空循环等待的自旋次数并非是固定的，而是会动态着根据实际情况来改变自旋等待的次数。
其大概原理是这样的：
假如一个线程1刚刚成功获得一个锁，当它把锁释放了之后，线程2获得该锁，并且线程2在运行的过程中，此时线程1又想来获得该锁了，但线程2还没有释放该锁，所以线程1只能自旋等待，但是虚拟机认为，由于线程1刚刚获得过该锁，那么虚拟机觉得线程1这次自旋也是很有可能能够再次成功获得该锁的，所以会延长线程1自旋的次数。
另外，如果对于某一个锁，一个线程自旋之后，很少成功获得该锁，那么以后这个线程要获取该锁时，是有可能直接忽略掉自旋过程，直接升级为重量级锁的，以免空循环等待浪费资源。
轻量级锁也被称为非阻塞同步、乐观锁，因为这个过程并没有把线程阻塞挂起，而是让线程空循环等待，串行执行。
重量级锁如果锁竞争加剧(如线程自旋次数或者自旋的线程数超过某阈值， JDK1.6 之后，由 JVM 自己控制该规则)，就会升级为重量级锁。此时就会向操作系统申请资源，线程挂起，进入到操作系统内核态的等待队列中，等待操作系统调度，然后映射回用户态。在重量级锁中，由于需要做内核态到用户态的转换，而这个过程中需要消耗较多时间，也就是"重"的原因之一。
轻量级锁膨胀之后，就升级为重量级锁了。重量级锁是依赖对象内部的monitor锁来实现的，而monitor又依赖操作系统的MutexLock(互斥锁)来实现的，所以重量级锁也被成为互斥锁。
当轻量级所经过锁撤销等步骤升级为重量级锁之后，它的pydstword部分数据大体如下
主要是，当系统检查到锁是重量级锁之后，会把等待想要获得锁的线程进行阻塞，被阻塞的线程不会消耗cup。但是阻塞或者唤醒一个线程时，都需要操作系统来帮忙，这就需要从用户态转换到内核态，而转换状态是需要消耗很多时间的，有可能比用户执行代码的时间还要长。
这就是说为什么重量级线程开销很大的。
互斥锁(重量级锁)也称为阻塞同步、 悲观锁
这三种锁是指锁的状态，并且是针对Synchronized。在Java 5通过引入锁升级的机制来实现高效Synchronized。这三种锁的状态是通过对象监视器在对象头中的字段来表明的。
1. 偏向锁是指一段同步代码一直被一个线程所访问，那么该线程会自动获取锁。降低获取锁的代价。
2. 轻量级锁是指当锁是偏向锁的时候，被另一个线程所访问(有了线程进行竞争)，偏向锁就会升级为轻量级锁，其他线程会通过自旋的形式尝试获取锁，不会阻塞，提高性能。
重量级锁是指当锁为轻量级锁的时候，另一个线程虽然是自旋，但自旋不会一直持续下去，当自旋一定次数的时候，还没有获取到锁，就会进入阻塞，该锁膨胀为重量级锁。重量级锁会让其他申请的线程进入阻塞，性能降低。