一、偏向锁

偏向锁是对轻量级锁的优化，正常轻量级锁是使得obj的Mark Word指向lock record的地址，且当轻量级锁没有竞争的时，每次在同一线程内的重入仍然需要执行CAS操作（即同一个线程内的synchronized嵌套synchronized）

Java6 中引入偏向锁来进一步优化：只有第一次使用CAS将线程ID设置为到对象的Mark Word头，之后发现这个线程ID是自己的就表示没有竞争，不用重新CAS。以后只要不发生竞争，这个对象就归该线程所有。

相当于将线程的名字刻在对象中，这也是“偏向”的含义，即给对象所加的锁偏向于给某一线程使用。

例如：

  1. static final Object obj = new Object();
  2. public static void m1(){
  3.     synchronized(obj){
  4.         //同步块A
  5.         m2();
  6.     }
  7. }
  9. public static void m2(){
  10.     synchronized(obj){
  11.         //同步块B
  12.         m3();
  13.     }
  14. }
  16. public static void m3(){
  17.     synchronized(obj){
  18.         //同步块C
  19.     }
  20. }
  • 不使用偏向锁的情况

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  • 使用偏向锁的情况

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第一次synchronized的时候将obj的Mark Word字段置为ThreadID，当线程内第二次synchronized的时候直接检查Mark Word中的Thread ID是否是当前线程，如果是代表当前线程已经持有锁，即不用再执行CAS操作，节省时间。

二、偏向状态

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一个对象创建时：

  • 如果开启了偏向锁（默认开启），那么对象创建后，markword的值为0x05即最后3位为101，这时它的thread、epoch、age都为0
  • 偏向锁默认是延迟的，不会在程序启动时默认生效，如果想避免延迟，可以加VM参数-XX：BiasedLockingStartupDelay=0来禁用延迟
  • 如果没有开启偏向锁，那么对象创建后，markword值为0x01即最后3位为001，这时它的hashcode、age都为0，第一次用到hashcode时才会赋值。

注意：

  • 处于偏向锁的对象解锁后，线程id仍存储于对象头中，所以偏向锁适用于单线程没有竞争的情况，偏向锁无法适用于多线程竞争锁的情况。
  • 如果偏向锁状态的对象调用hashcode()方法后，偏向锁直接被禁用。因为偏向锁实际上是一种非常简单的锁，只处理单线程，且其markword字段记录的是thread等信息。不像轻量级锁和重量级锁都有记录原对象hashcode等信息的位置，偏向锁如果想要记录hashcode值，只能从偏向锁转为无锁normal状态来记录hashcode值。
  • 注意hashcode只有在调用hashcode（）方法之后才会有，否则初始值默认

可以添加VM参数：-xx：-UseBiasedLocking禁用偏向锁，那么发现synchronized加锁后，加的是轻量级锁。
所以综上，整个synchronized语法不变，但优先级的顺序是：偏向锁（默认）->轻量级锁->重量级锁

三、撤销偏向锁

撤销-调用对象hashCode

调用了对象的hashCode，但偏向锁的对象MarkWord中存储的是线程id，如果调用hashCode会导致偏向锁被撤销

  • 轻量级锁会在锁记录中记录hashCode
  • 重量级锁会在Monitor中记录hashCode

在调用hashCode后使用偏向锁，记得去掉：-xx：-UseBiasedLocking

输出：
image.png

撤销-其它线程使用对象

当有其它线程使用偏向锁对象时，会将偏向锁升级为轻量级锁
具体流程为：线程2来执行synchronized会尝试为obj加偏向锁，但发现obj的Thread ID已经为线程1的ID值，即obj对象已经偏向线程1，这时会将偏向锁升级为轻量级锁，进入轻量级锁执行流程，当线程2退出synchronized开始解锁时，进入轻量级锁解锁流程，对象会被重新置为无锁状态。

注意升级成轻量级锁的条件是：多个线程之间没有竞争，时间上错开，这也是轻量级锁的定义。

四、批量重偏向

如果对象虽然被多个线程访问，但没有竞争，这时偏向了线程T1的对象仍有机会重新偏向T2，重偏向会重置对象的Thread ID
当撤销偏向锁阈值超过20次后，jvm会认为偏向错误，于是会在给这些对象加锁时重新偏向至加锁线程

具体代码思路为：

在线程1中for循环30次，每次给对象一个synchronized，即加上偏向锁。
在线程2中也同样for循环30次，也每次给对象一个synchronized，正常来说线程2执行synchronized后会释放轻量级锁变为无锁状态，即撤销偏向锁，但是jvm认为线程2执行这么多次撤销操作，可以认为对象可以偏向线程2，故后续不再撤销偏向锁，而是将偏向锁加在线程2上。

五、批量重偏向

当撤销偏向锁阈值超过40次后，jvm会这样觉得，自己确实偏向错了，根本就不该偏向。于是整个类的所有对象都会变为不可偏向的，新建的对象也是不可偏向的。（给jvm整emo了）

六、锁消除

加锁会对性能产生损耗，锁消除则是java自动对锁优化，例子如下：

  1. public class SuoXiaoChu {
  3.     static int x=0;
  4.     public void a() throws Exception{
  5.         x++;
  6.     }
  8.     public void b() throws Exception{
  9.         Object o =new Object();
  10.         synchronized (o){
  11.             x++;
  12.         }
  13.     }
  15. }

对象o没有被多线程共享，所以java会自动将synchronized（）代码块去掉，所以实际显示a()方法和b()方法耗时差不多。