引言

新版本java對鎖的實現引進了許多技術進行優化，如偏向鎖、輕量級鎖、自旋鎖、適應性自旋鎖、鎖消除、鎖粗化等
鎖主要存在四種狀態，依次是：無鎖狀態、偏向鎖狀態、輕量級鎖狀態、重量級鎖狀態，他們會隨著競爭的激烈而逐漸升級。注意鎖可以升級不可降級，這種策略是為了提高獲得鎖和釋放鎖的效率。
java中關於鎖的名詞很多，若不注意區分很容易混淆，我們可以按照類別來記憶，例如下面介紹的“偏向鎖、輕量級鎖、自旋鎖、適應性自旋鎖、鎖消除、鎖粗化”是一些關於鎖的優化的技術，而“可重入鎖、公平鎖”是鎖的不同分類

（1）偏向鎖

引入偏向鎖的目的和引入輕量級鎖的目的很像，他們都是為了沒有多執行緒競爭的前提下，減少傳統的重量級鎖使用作業系統互斥量產生的效能消耗。但是不同是：輕量級鎖在無競爭的情況下使用 CAS 操作去代替使用互斥量。而偏向鎖在無競爭的情況下會把整個同步都消除掉。

偏向鎖的“偏”就是偏心的偏，它的意思是會偏向於第一個獲得它的執行緒，如果在接下來的執行中，該鎖沒有被其他執行緒獲取，那麼持有偏向鎖的執行緒就不需要進行同步！關於偏向鎖的原理可以檢視《深入理解Java虛擬機器：JVM高階特性與最佳實踐》第二版的13章第三節鎖優化。

但是對於鎖競爭比較激烈的場合，偏向鎖就失效了，因為這樣場合極有可能每次申請鎖的執行緒都是不相同的，因此這種場合下不應該使用偏向鎖，否則會得不償失，需要注意的是，偏向鎖失敗後，並不會立即膨脹為重量級鎖，而是先升級為輕量級鎖。

（2）輕量級鎖

倘若偏向鎖失敗，虛擬機器並不會立即升級為重量級鎖，它還會嘗試使用一種稱為輕量級鎖的優化手段(1.6之後加入的)。輕量級鎖不是為了代替重量級鎖，它的本意是在沒有多執行緒競爭的前提下，減少傳統的重量級鎖使用作業系統互斥量產生的效能消耗，因為使用輕量級鎖時，不需要申請互斥量。另外，輕量級鎖的加鎖和解鎖都用到了CAS操作。 關於輕量級鎖的加鎖和解鎖的原理可以檢視《深入理解Java虛擬機器：JVM高階特性與最佳實踐》第二版的13章第三節鎖優化。

輕量級鎖能夠提升程式同步效能的依據是“對於絕大部分鎖，在整個同步週期內都是不存在競爭的”，這是一個經驗資料。如果沒有競爭，輕量級鎖使用 CAS 操作避免了使用互斥操作的開銷。但如果存在鎖競爭，除了互斥量開銷外，還會額外發生CAS操作，因此在有鎖競爭的情況下，輕量級鎖比傳統的重量級鎖更慢！如果鎖競爭激烈，那麼輕量級將很快膨脹為重量級鎖！

（3）自旋鎖和自適應自旋

輕量級鎖失敗後，虛擬機器為了避免執行緒真實地在作業系統層面掛起，還會進行一項稱為自旋鎖的優化手段。

互斥同步對效能最大的影響就是阻塞的實現，因為掛起執行緒/恢復執行緒的操作都需要轉入核心態中完成（使用者態轉換到核心態會耗費時間）。

一般執行緒持有鎖的時間都不是太長，所以僅僅為了這一點時間去掛起執行緒/恢復執行緒是得不償失的。 所以，虛擬機器的開發團隊就這樣去考慮：“我們能不能讓後面來的請求獲取鎖的執行緒等待一會而不被掛起呢？看看持有鎖的執行緒是否很快就會釋放鎖”。為了讓一個執行緒等待，我們只需要讓執行緒執行一個忙迴圈（自旋），這項技術就叫做自旋。

自旋鎖在 JDK1.6 之前其實就已經引入了，不過是預設關閉的，需要通過–XX:+UseSpinning引數來開啟。JDK1.6及1.6之後，就改為預設開啟的了。需要注意的是：自旋等待不能完全替代阻塞，因為它還是要佔用處理器時間。如果鎖被佔用的時間短，那麼效果當然就很好了！反之，相反！自旋等待的時間必須要有限度。如果自旋超過了限定次數任然沒有獲得鎖，就應該掛起執行緒。自旋次數的預設值是10次，使用者可以修改–XX:PreBlockSpin來更改。

另外,在 JDK1.6 中引入了自適應的自旋鎖。自適應的自旋鎖帶來的改進就是：自旋的時間不在固定了，而是和前一次同一個鎖上的自旋時間以及鎖的擁有者的狀態來決定，虛擬機器變得越來越“聰明”了。

（4）鎖消除

鎖消除理解起來很簡單，它指的就是虛擬機器即使編譯器在執行時，如果檢測到那些共享資料不可能存在競爭，那麼就執行鎖消除。鎖消除可以節省毫無意義的請求鎖的時間。

（5）鎖粗化

通常情況下，為了保證多執行緒間的有效併發，會要求每個執行緒持有鎖的時間儘可能短，但是大某些情況下，一個程式對同一個鎖不間斷、高頻地請求、同步與釋放，會消耗掉一定的系統資源，因為鎖的請求、同步與釋放本身會帶來效能損耗，這樣高頻的鎖請求就反而不利於系統性能的優化了，雖然單次同步操作的時間可能很短。鎖粗化就是告訴我們任何事情都有個度，有些情況下我們反而希望把很多次鎖的請求合併成一個請求，以降低短時間內大量鎖請求、同步、釋放帶來的效能損耗

可重入鎖

“可重入鎖”概念是：自己可以再次獲取自己的內部鎖。比如一個執行緒獲得了某個物件的鎖，此時這個物件鎖還沒有釋放，當其再次想要獲取這個物件的鎖的時候還是可以獲取的，如果不可鎖重入的話，就會造成死鎖。同一個執行緒每次獲取鎖，鎖的計數器都自增1，所以要等到鎖的計數器下降為0時才能釋放鎖。

公平鎖

公平鎖是指多個執行緒在等待同一個鎖時，必須按照申請鎖的時間順序來依次獲得鎖。所謂的公平鎖就是先等待的執行緒先獲得鎖。