多线程锁的升级原理是什么?

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多线程锁的升级原理是什么?

锁的级别从低到高：

无锁 -> 偏向锁 -> 轻量级锁 -> 重量级锁

锁分级别原因：

没有优化以前，synchronized是重量级锁（悲观锁），使用 wait 和 notify、notifyAll 来切换线程状态非常消耗系统资源；线程的挂起和唤醒间隔很短暂，这样很浪费资源，影响性能。所以 JVM 对 synchronized 关键字进行了优化，把锁分为无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁状态。

无锁：没有对资源进行锁定，所有的线程都能访问并修改同一个资源，但同时只有一个线程能修改成功，其他修改失败的线程会不断重试直到修改成功。

偏向锁：对象的代码一直被同一线程执行，不存在多个线程竞争，该线程在后续的执行中自动获取锁，降低获取锁带来的性能开销。偏向锁，指的就是偏向第一个加锁线程，该线程是不会主动释放偏向锁的，只有当其他线程尝试竞争偏向锁才会被释放。

偏向锁的撤销，需要在某个时间点上没有字节码正在执行时，先暂停拥有偏向锁的线程，然后判断锁对象是否处于被锁定状态。如果线程不处于活动状态，则将对象头设置成无锁状态，并撤销偏向锁；

如果线程处于活动状态，升级为轻量级锁的状态。

轻量级锁：轻量级锁是指当锁是偏向锁的时候，被第二个线程 B 所访问，此时偏向锁就会升级为轻量级锁，线程 B 会通过自旋的形式尝试获取锁，线程不会阻塞，从而提高性能。

当前只有一个等待线程，则该线程将通过自旋进行等待。但是当自旋超过一定的次数时，轻量级锁便会升级为重量级锁；当一个线程已持有锁，另一个线程在自旋，而此时又有第三个线程来访时，轻量级锁也会升级为重量级锁。

重量级锁：指当有一个线程获取锁之后，其余所有等待获取该锁的线程都会处于阻塞状态。

重量级锁通过对象内部的监视器（monitor）实现，而其中 monitor 的本质是依赖于底层操作系统的 Mutex Lock 实现，操作系统实现线程之间的切换需要从用户态切换到内核态，切换成本非常高。

锁状态对比：

	偏向锁	轻量级锁	重量级锁
适用场景	只有一个线程进入同步块	虽然很多线程，但是没有冲突：多条线程进入同步块，但是线程进入时间错开因而并未争抢锁	发生了锁争抢的情况：多条线程进入同步块并争用锁
本质	取消同步操作	CAS操作代替互斥同步	互斥同步
优点	不阻塞，执行效率高（只有第一次获取偏向锁时需要CAS操作，后面只是比对ThreadId）	不会阻塞	不会空耗CPU
缺点	适用场景太局限。若竞争产生，会有额外的偏向锁撤销的消耗	长时间获取不到锁空耗CPU	阻塞，上下文切换，重量级操作，消耗操作系统资源