Java鎖升級過程

markword實現表：

  Java對象頭裏的markword主要存儲虛擬機有關該對象的運行數據，如hashcode、gc年齡和鎖信息，實現表如下圖所示：
  markword中最低的三位代表鎖狀態 其中1位是偏向鎖位 兩位是普通鎖位。

鎖升級過程：

1. 當一個Java對象被new出來，markword最低的三位爲：001，表示無鎖態；

Obiect o = new Object();

2. 當對象獲取自身的hashcode時，markword會用31位來存儲hashcode，markword最低的三位爲：001，表示無鎖態；

o.hashcode();

3. 當對象被synchronized關鍵字修飾時，默認是輕量級鎖。偏向鎖有個時延，默認是4秒，因爲JVM虛擬機自己有一些默認啓動的線程，裏面有好多synchronized代碼，這些synchronized代碼啓動時就知道肯定會有競爭，如果使用偏向鎖，就會造成偏向鎖不斷的進行鎖撤銷和鎖升級的操作，效率較低。

synchronized(o){
    // TODO
}

4. 可以設置“-XX:+UseBiasedLocking”和“-XX:BiasedLockingStartupDelay=0”來打開偏向鎖並設置偏向鎖啓動延遲爲0，此時new出來的對象默認就是可偏向匿名對象，markword最低的三位爲：101，線程ID爲0；

-XX:+useBiasedLocking
-XX:BiasedLockingStartupDelay=0

5. 如果有線程上鎖,上偏向鎖指的就是,把markword的線程ID改爲自己線程ID的過程,偏向鎖不可重偏向、批量偏向、批量撤銷。下次同一個線程加鎖的時候，不需要爭用，只需要判斷線程指針是否同一個，所以，偏向鎖偏向加鎖的第一個線程，hashCode備份在線程棧上，線程銷燬，鎖降級爲無鎖。偏向鎖由於有鎖撤銷的過程revoke，會消耗系統資源，所以，在鎖爭用特別激烈的時候，用偏向鎖未必效率高。還不如直接使用輕量級鎖；
6. 如果有線程競爭，撤銷偏向鎖，升級輕量級鎖，線程在自己的線程棧生成LockRecord，用CAS操作將markword設置爲指向自己這個線程的LockRecord的指針，設置成功者得到鎖；自旋鎖在JDK1.4.2 中引入，使用“-XX:+UseSpinning”來開啓。JDK 6 中變爲默認開啓，並且引入了自適應的自旋鎖（適應性自旋鎖），JVM自己控制。
7. 自適應自旋鎖意味着自旋的時間（次數）不再固定，而是由前一次在同一個鎖上的自旋時間及鎖的擁有者的狀態來決定。如果在同一個鎖對象上，自旋等待剛剛成功獲得過鎖，並且持有鎖的線程正在運行中，那麼虛擬機就會認爲這次自旋也是很有可能再次成功，進而它將允許自旋等待持續相對更長的時間。如果對於某個鎖，自旋很少成功獲得過，那在以後嘗試獲取這個鎖時將可能省略掉自旋過程，直接阻塞線程，避免浪費處理器資源；
8. 如果競爭加劇：有線程超過10次自旋（通過“-XX:PreBlockSpin”設置自旋次數）或者自旋線程數超過CPU核數的一半，升級重量級鎖需要向操作系統申請資源（互斥鎖，linux mutex）,CPU從3級->0級系統調用，線程掛起，進入等待隊列，等待操作系統的調度，然後再映射回用戶空間，用戶態與內核態的切換需要消耗資源。

注：JDK11，偏向鎖默認是打開的，但是有一個時延，如果要觀察到偏向鎖，應該設定參數，而JDK8默認對象頭是無鎖。