基礎知識之一：鎖的類型
鎖從宏觀上分類，分爲悲觀鎖與樂觀鎖。
樂觀鎖
樂觀鎖是一種樂觀思想，即認爲讀多寫少，遇到併發寫的可能性低，每次去拿數據的時候都認爲別人不會修改，所以不會上鎖，但是在更新的時候會判斷一下在此期間別人有沒有去更新這個數據，採取在寫時先讀出當前版本號，然後加鎖操作（比較跟上一次的版本號，如果一樣則更新），如果失敗則要重複讀-比較-寫的操作。
java中的樂觀鎖基本都是通過CAS操作實現的，CAS是一種更新的原子操作，比較當前值跟傳入值是否一樣，一樣則更新，否則失敗。
悲觀鎖
悲觀鎖是就是悲觀思想，即認爲寫多，遇到併發寫的可能性高，每次在讀寫數據的時候都會上鎖，這樣別人想讀寫這個數據就會block直到拿到鎖。java中的悲觀鎖就是Synchronized,AQS框架下的鎖則是先嚐試cas樂觀鎖去獲取鎖，獲取不到，纔會轉換爲悲觀鎖，如RetreenLock。
基礎知識之二：java線程阻塞的代價
java的線程是映射到操作系統原生線程之上的，如果要阻塞或喚醒一個線程就需要操作系統介入，需要在戶態與核心態之間切換，這種切換會消耗大量的系統資源，因爲用戶態與內核態都有各自專用的內存空間，專用的寄存器等，用戶態切換至內核態需要傳遞給許多變量、參數給內核，內核也需要保護好用戶態在切換時的一些寄存器值、變量等，以便內核態調用結束後切換回用戶態繼續工作。
1.如果線程狀態切換是一個高頻操作時，這將會消耗很多CPU處理時間；
2.如果對於那些需要同步的簡單的代碼塊，獲取鎖掛起操作消耗的時間比用戶代碼執行的時間還要長，這種同步策略顯然非常糟糕的。
synchronized會導致爭用不到鎖的線程進入阻塞狀態，所以說它是java語言中一個重量級的同步操縱，被稱爲重量級鎖，爲了緩解上述性能問題，JVM從1.5開始，引入了輕量鎖與偏向鎖，默認啓用了自旋鎖，他們都屬於樂觀鎖。
明確java線程切換的代價，是理解java中各種鎖的優缺點的基礎之一。
markword
在介紹java鎖之前，先說下什麼是markword，markword是java對象數據結構中的一部分，要詳細瞭解java對象的結構可以點擊這裏,這裏只做markword的詳細介紹，因爲對象的markword和java各種類型的鎖密切相關；
markword數據的長度在32位和64位的虛擬機（未開啓壓縮指針）中分別爲32bit和64bit，它的最後2bit是鎖狀態標誌位，用來標記當前對象的狀態，對象的所處的狀態，決定了markword存儲的內容，如下表所示:
| 狀態 | 標誌位 | 存儲內容 | 特點 |
|---|---|---|---|
| 未鎖定 | 01 | 對象哈希碼、對象分代年齡 | |
| 輕量級鎖定 | 00 | 指向鎖記錄的指針 | 競爭線程數量少，鎖持有時間短，能通過自旋獲取鎖 |
| 膨脹(重量級鎖定) | 10 | 執行重量級鎖定的指針 | 競爭線程數量多，鎖持有時間長 |
| GC標記 | 11 | 空(不需要記錄信息) | |
| 可偏向 | 01 | 偏向線程ID、偏向時間戳、對象分代年齡 | 只有一個線程在重複請求鎖 |
32位虛擬機在不同狀態下markword結構如下圖所示：
前面提到了java的4種鎖，他們分別是重量級鎖、自旋鎖、輕量級鎖和偏向鎖，
不同的鎖有不同特點，每種鎖只有在其特定的場景下，纔會有出色的表現，java中沒有哪種鎖能夠在所有情況下都能有出色的效率，引入這麼多鎖的原因就是爲了應對不同的情況；
前面講到了重量級鎖是悲觀鎖的一種，自旋鎖、輕量級鎖與偏向鎖屬於樂觀鎖，所以現在你就能夠大致理解了他們的適用範圍，但是具體如何使用這幾種鎖呢，就要看後面的具體分析他們的特性；
輕量級鎖
加鎖過程：發現MarkWord已經偏向其他線程，並且鎖還沒有釋放（持有偏向鎖的線程處於同步塊?），此時把偏向鎖升級成輕量級鎖。在線程的棧幀裏創建一條鎖記錄(LockRecord)，把MarkWord拷貝進去(DisplayedMarkWord)，然後修改MarkWord指向鎖記錄。接着自旋。如果自旋之後還不能獲取鎖，則膨脹成重量級鎖，即修改MarkWord指向monitor對象（互斥變量？）。
輕量級鎖的加鎖過程：發現MarkWord已經偏向其他線程，但是鎖已經釋放，則撤銷偏向鎖，把MarkWord修改成無鎖，接着獲取偏向鎖。（疑問：偏向鎖不能自己解鎖？）
輕量級鎖的解鎖過程：通過CAS操作把MarkWord改寫成DisplacedMarkWord，也就是恢復到偏向鎖。如果修改失敗則說明已經是重量級鎖了。
Monitor的同步隊列包括：
競爭隊列ContentionList: 等待鎖的所有線程。是一個雙向列表，新線程（併發）通過CAS操作放入頭部，鎖的Owner（單線程）從尾部取線程放入EntryList
候選隊列EntryList: Owner把一個線程移入OnDeck
OnDeck: 同一時刻只有一個線程在競爭鎖
Owner: 持有鎖的線程
WaitSet: 調用了wait()的線程
偏向鎖升級成輕量級鎖
- 線程A請求鎖，發現對象的MarkWord是無鎖狀態，嘗試CAS設置爲偏向鎖狀態，並寫入線程A的ID
- 線程B也來請求鎖，發現MarkWord已經是偏向鎖狀態，檢查線程A是否存在
- 如果此時線程A已經不存在
- 將MarkWord設置爲無鎖狀態(?)
- 嘗試CAS設置爲偏向鎖狀態，並寫入線程B的ID
- 如果此時線程A存在
- 暫停線程A
- 在線程A的棧幀中創建鎖記錄(Lock Record)
- 將MarkWord複製到該鎖記錄中
- 嘗試CAS更新MarkWord，指向該鎖記錄
- 更新鎖記錄的Owner指向MarkWord(?)
- 設置MarkWord爲輕量級鎖狀態
- 此時MarkWord與DisplacedMarkWord存儲了相同的內容(?)
- 繼續執行線程A
- 線程B自旋來獲取鎖
輕量級鎖膨脹成重量級鎖
- 線程A棧幀的鎖記錄已經複製了MarkWord，並且MarkWord指向了該鎖記錄
- 線程B來請求鎖，發現MarkWord已經是輕量級鎖，嘗試自旋(?)
- 線程B自旋之後還是獲取不到鎖(?)
- 更新MarkWord，指向重量級鎖(Mutex Lock)(?)
- 設置MarkWord爲重量級鎖狀態
- 阻塞線程B
- 線程A嘗試CAS用DisplacedMarkWord替換當前的MarkWord，CAS失敗
- 釋放鎖
- 喚醒阻塞的線程
作者：金舜徑
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來源：簡書
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