Java鎖的最佳化

在java中，執行緒安全是透過鎖來實現的，但是如果你對鎖的工作機制有所瞭解，就會發現這個東西很耗效能。為了最佳化鎖機制，從java6開始，引入了偏向鎖、輕量級鎖，目的是為了減少多執行緒進入互斥的機率，甚至消除同步原語，以提高效能。
它是怎樣實現的呢？它並不是要消除互斥，而只是儘量在進入互斥前，利用CPU原語Compare-And-Swap(CAS，彙編指令CMPXCHG)，進行效能的補救。
在講各偏向鎖、輕量級鎖之前，需要先講講Object Header（物件頭），Object Header是一個2字（1 word = 4byte）長度的儲存區域。
第一個字的用來標記同步、GC、以及hash code等，官方稱之為mark word，第二個字儲存指向到物件的class，mark word是實現輕量級鎖的關鍵，在執行期間，mark word儲存的資料會隨著鎖標誌位的變化而變化，



一，偏向鎖
偏向鎖，顧名思義，就是偏向第一個訪問鎖的執行緒，如果在接下來的執行過程中，該鎖沒有其它執行緒訪問，則持有偏向鎖的執行緒永遠不需要觸發同步。
1，當第一個執行緒進入同步塊時，如果偏向鎖的標誌為1（說明還處於偏向鎖的層次），而且記錄執行緒ID的位置為空（說明沒有其他執行緒來競爭），則在mark word裡記錄當前執行緒的ID，當前執行緒成功獲取了偏向鎖，以後再進入、退出同步塊時，都不需要CAS、加鎖解鎖操作，只需比較一下mark word裡儲存的是否是本執行緒的ID。
2，如果偏向鎖標誌為1，但是記錄執行緒ID的位置不是本執行緒的ID，則表明其他執行緒獲取了偏向鎖，這時候會將持有偏向鎖的執行緒掛起，然後將鎖膨脹至輕量級鎖。
3，如果偏向鎖標誌不是1，則說明鎖的層級早已經膨脹為輕量級鎖，甚至重量級鎖了。
以上說明，偏向鎖只能在單執行緒環境下起作用。在java6下，偏向鎖預設是開啟的，如果同步程式碼一直都是多執行緒訪問的，那麼消除偏向鎖這一步驟就是多餘的，那麼你可以禁用偏向鎖-XX：UseBiasedLocking，畢竟消除偏向鎖的開銷還是蠻大的。

二，輕量級鎖
輕量級鎖實現的關鍵為CAS，透過底層CPU原語來做到避免同步的開銷
1，當執行緒進入同步塊時，為執行緒分配lock record，將mark word複製至lock record，然後嘗試將mark word指標指向當前執行緒lock record（標誌鎖已經被佔用了），lock record owner指標指向mark word（讓執行緒知道鎖的是哪個物件），如果都成功，則該執行緒成功獲取輕量級鎖。
2，如果發現mark word指標已經指向了其它執行緒，說明其他執行緒已經獲取了輕量級鎖，這時候，該執行緒就會修改mark word中的重量級指標，並且自己採用自旋的方式等待鎖。
3，當獲取輕量級鎖的執行緒釋放鎖時，會拿lock record中事先複製的mark word與object head中的mark word比較，如果一樣，則說明沒有其他執行緒競爭，順利釋放鎖，如果不同，則說明存在其他執行緒競爭，鎖就會膨脹為重量級鎖。