本文主要讲解了JVM锁的原理以及锁升级的流程

对象锁

对象锁分为无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁，且 JVM 的 synchronized 实现可根据场景依次进行锁升级。

Lock Record的实现：

/**
 * 记录锁的信息
 * 锁的入栈是由高位到低位
 */
class BasicObjectLock {
  friend class VMStructs;
 private:
  BasicLock _lock; // 这个就是我们所说的 Displaced Mark Word
  oop       _obj;  // 锁的对象
};

class BasicLock {
 private:
  volatile markOop _displaced_header; // 真实被替换的 Mark Word
};

monitor的实现：

ObjectMonitor::ObjectMonitor() {  
  _recursions   = 0;       // 线程的重入次数
  _object       = NULL;    // 锁的对象
  _owner        = NULL;    // 标识拥有该monitor的线程
  _WaitSet      = NULL;    // 等待队列（wait队列）
  _cxq          = NULL ;   // 多线程竞争锁进入时的单向链表
  _EntryList    = NULL;  // 唤醒队列（notify队列）

  ....
}

1 偏向锁

1.1 偏向锁流程

1）线程1获取锁，通过 CAS 将对象的 MarkWord 替换为线程1的 id，并在线程栈中添加一条 DisplacedMarkWord 为 null 的 LockRecord。

2）线程1再次获取锁的时候，CAS 失败，此时通过线程id 判断出是同一个线程，则再次添加一条 DisplacedMarkWord 为 null 的 LockRecord。

3）线程1退出一次锁，从最低位开始循环找到该对象的一个 LockRecord 并删除。

4）线程2获取锁，CAS失败。从虚拟机中遍历所有线程，判断该线程是否存活。如果已经消失，则执行偏向锁的重偏向或撤销（可重偏向替换为匿名偏向锁模式，否则替换为无锁模式执行后续的锁升级）。

5）如果线程1存在，==从低位到高位==遍历线程的 LockRecord。获取最高位的 LockRecord（此时该锁为最早加锁的那一个）。

6）LockRecord 不存在，执行偏向锁的重偏向或撤销。LockRecord 存在，则将该 LockRecord 的 DisplacedMarkWord 替换为对象的 MarkWord 并升级为轻量级锁。

源码：biasedLocking

1.2 批量重偏向和批量锁撤销

批量重偏向：当一个线程创建了大量对象并执行了初始的同步操作，后来另一个线程也来将这些对象作为锁对象进行操作，会导偏向锁重偏向的操作。默认偏向锁批量重偏向阈值为：20（BiasedLockingBulkRebiasThreshold）

批量撤销：在多线程竞争剧烈的情况下，使用偏向锁将会降低效率，于是乎产生了批量撤销机制。默认偏向锁批量撤销阈值：40（BiasedLockingBulkRevokeThreshold）

重偏向只会发生在批量重偏向中，且在一个计数周期只会重偏向一次。

1.3 偏向锁注意事项

1）对象存在两种 MarkWord，一个是匿名偏向锁状态（101）和一个无锁状态（001）。前面的 29bit 都为 0。偏向锁在没有偏向所有者的时候，是没有线程 id 的，并且后续所有和偏向锁有关的 cas 都是将 0 替换为自己的线程id 和 Epoch。无锁状态则是因为对象的 hashcode 只有再初次调用的时候才会生成并存储在对象头。

2）开启偏向锁之后对象新建的 MarkWord 都为匿名偏向锁状态。无锁状态加锁会直接膨胀为轻量级锁。

3）通过偏向锁加锁流程我们可以知道，偏向锁记录是没有存储对象的 hashcode，因此偏向锁和 hashcode 是不能共存的。如果对象调用了 hashcode，那么它就不会进入偏向锁而是直接升级为轻量级锁；如果一个对象处于偏向锁状态调用了 hashcode，则会在线程进入安全临界点（safe point）的时候，挂起线程并将偏向锁膨胀为轻量级锁。

4）线程只会删除线程内的锁记录，不会去清除 MarkWord 里面的线程id。即等其他线程 CAS 失败之后再决定是锁撤销再膨胀还是锁重偏向。

2 轻量级锁

2.1 轻量级流程

1）线程1获取锁，将线程的 MarkWord 复制一份保存在 LockRecord 中，通过 CAS 替换线程的 MarkWord 为该 LockRecord 的指针。

2）线程1再次获取锁的时候，CAS 失败，此时通过线程id 判断出是同一个线程，则再次添加一条 DisplacedMarkWord 为 null 的 LockRecord。

3）线程1退出一次锁，从最低位开始循环找到该对象的一个 LockRecord 并删除。如果 LockRecord 的 DisplacedMarkWord 为 null，则代表重入锁，直接退出；如果不为 null，则代表没有再持有锁，需要通过 CAS 将对象的 MarkWrod 重新再替换回去。

4）线程2获取锁，CAS失败。根据虚拟机参数来决定是否自旋还是膨胀为重量级锁。

5） 线程1退出锁的时候，CAS 可能失败，因为可能线程2正在将锁膨胀为重量级锁，因此线程1也会进入锁膨胀的方法获取重量级锁。

源码：synchronizer

2.2 轻量级锁膨胀

偏向锁由于 LockRecord 是相同的，所以膨胀方法较简单，只要 copy MarkWord 到 DisplacedMarkWord 中就行，而轻量级锁和重量级锁是两种实现方式。重量级锁由操作系统的 MutexLock(互斥锁) 来实现的，因此操作稍微有点复杂。

调用 omAlloc 分配一个 ObjectMonitor 对象(以下简称monitor)，在 omAlloc 方法中会先从线程私有的 monitor 集合 omFreeLis t中分配对象，如果 omFreeList 中已经没有 monitor 对象，则从 JVM 全局的 gFreeList 中分配一批 monitor 到 omFreeList 中。
初始化 monitor 对象。
将状态设置为膨胀中（INFLATING）状态。
设置 monitor 的 header 字段为 DisplacedMarkWord，owner 字段为 LockRecord，obj 字段为锁对象。
设置锁对象头的 markWord 为重量级锁状态，指向第一步分配的monitor对象。

3 重量级锁

简单略

君子不立危墙之下

jvm synchronized 机制

对象锁