锁优化(锁升级、锁粗化、锁消除)

怼烎@ 2022-09-11 14:20 289阅读 0赞

# 锁优化 #

## 阿里开发手册 ##

![image-20210908204838914][]

## synchronized 锁优化的背景 ##

用锁能够实现数据的安全性，但是会带来性能下降。  
无锁能够基于线程并行提升程序性能，但是会带来安全性下降。

要在性能与安全找到平衡点：

jdk6引入偏向锁、轻量级锁

## Synchronized的性能变化 ##

### Java5之前，用户态和内核态之间的切换 ###

java5以前，只有Synchronized，这个是操作系统级别的重量级操作

重量级锁，假如锁的竞争比较激烈的话，性能下降‘

![image-20210908205716396][]

java的线程是映射到操作系统原生线程之上的，如果要阻塞或唤醒一个线程就需要操作系统介入，需要在户态与核心态之间切换，这种切换会消耗大量的系统资源，因为用户态与内核态都有各自专用的内存空间，专用的寄存器等，用户态切换至内核态需要传递给许多变量、参数给内核，内核也需要保护好用户态在切换时的一些寄存器值、变量等，以便内核态调用结束后切换回用户态继续工作。

**在Java早期版本中，synchronized属于重量级锁，效率低下，因为监视器锁（monitor）是依赖于底层的操作系统的Mutex Lock来实现的，挂起线程和恢复线程都需要转入内核态去完成，阻塞或唤醒一个Java线程需要操作系统切换CPU状态来完成，这种状态切换需要耗费处理器时间，如果同步代码块中内容过于简单，这种切换的时间可能比用户代码执行的时间还长”，时间成本相对较高，这也是为什么早期的synchronized效率低的原因**  
Java 6之后，为了减少获得锁和释放锁所带来的性能消耗，引入了轻量级锁和偏向锁

### java6开始，优化Synchronized ###

Java SE 1.6为了减少获得锁和释放锁带来的性能消耗，引入了“偏向锁”和“轻量级锁”，在Java SE 1.6中，锁一共有4种状态，级别从低到高依次是：无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态和重量级锁状态，这几个状态会随着竞争情况逐渐升级。锁可以升级但不能降级，意味着偏向锁升级成轻量级锁后不能降级成偏向锁。这种锁升级不能降级的策略，目的是为了提高获得锁和释放锁的效率，

![image-20210908205452654][]

synchronized锁：由对象头中的Mark Word根据锁标志位的不同而被复用及锁升级策略

# 锁升级 #

synchronized用的锁是存在Java对象头里的Mark Word中  
锁升级功能主要依赖MarkWord中锁标志位和释放偏向锁标志位

锁的4种状态：无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态（自旋锁。自适应自旋锁）、重量级锁状态（级别从低到高）

锁机制就是根据资源竞争的激烈程度不断进行锁升级的过程

![image-20210908214211133][]

![image-20210904182231892][]

## 无锁 ##

maven引入JOL

<dependency>
        <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
        <artifactId>jol-core</artifactId>
        <version>0.9</version>
    </dependency>

package com.dongguo.lockupgrade;
    
    import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;
    
    /** * @author Dongguo * @date 2021/9/8 0008-21:46 * @description: 无锁 */
    public class MyObject { 
        public static void main(String[] args) { 
            Object o = new Object();
    
            System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
        }
    }
    运行结果
    java.lang.Object object internals:
     OFFSET  SIZE   TYPE DESCRIPTION                               VALUE
          0     4        (object header)                           01 00 00 00 (00000001 00000000 00000000 00000000) (1)
          4     4        (object header)                           00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)
          8     4        (object header)                           e5 01 00 20 (11100101 00000001 00000000 00100000) (536871397)
         12     4        (loss due to the next object alignment)
    Instance size: 16 bytes
    Space losses: 0 bytes internal + 4 bytes external = 4 bytes total

01 00 00 00 (00000001 00000000 00000000 00000000) (1)

00000001 00000000 00000000 00000000 二进制需要倒着看（每8个位看做一个整体） 1 2 3 4 变成 4 3 2 1

00000000 00000000 00000000 00000(001)

![image-20210908215530307][]

**此时hashcode是0**

因为懒加载的缘故，使用到hashcode才会初始化

package com.dongguo.lockupgrade;
    
    import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;
    
    /** * @author Dongguo * @date 2021/9/8 0008-21:46 * @description: */
    public class MyObject { 
        public static void main(String[] args) { 
            Object o = new Object();
            System.out.println("10进制hash码："+o.hashCode());
            System.out.println("16进制hash码："+Integer.toHexString(o.hashCode()));
            System.out.println("2进制hash码："+Integer.toBinaryString(o.hashCode()));
    
            System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
        }
    }
    运行结果
    10进制hash码：1265094477
    16进制hash码：4b67cf4d
    2进制hash码：1001011011001111100111101001101
    java.lang.Object object internals:
     OFFSET  SIZE   TYPE DESCRIPTION                               VALUE
          0     4        (object header)                           01 4d cf 67 (00000001 01001101 11001111 01100111) (1741638913)
          4     4        (object header)                           4b 00 00 00 (01001011 00000000 00000000 00000000) (75)
          8     4        (object header)                           e5 01 00 20 (11100101 00000001 00000000 00100000) (536871397)
         12     4        (loss due to the next object alignment)
    Instance size: 16 bytes
    Space losses: 0 bytes internal + 4 bytes external = 4 bytes total

00000001 01001101 11001111 01100111 01001011

倒着看 31位

0(1001011 01100111 11001111 01001101) 00000001

2进制hash码： 1001011011001111100111101001101

0(1001011 01100111 11001111 01001101) 00000001

去掉后8位

01001101 11001111 01100111 01001011

hashcode是31位

1001101 11001111 01100111 01001011

## **偏向锁：** ##

偏向锁偏向于第一个获得它的线程，默认不存在锁竞争的情况下，常常是一个线程多次获得同一个锁，重复获取同一把锁不会再进行锁的竞争，

看看多线程卖票，同一个线程获得体会一下

package com.dongguo.lockupgrade;
    
    /** * @author Dongguo * @date 2021/9/3 0003-10:14 * @description: 实现3个售票员卖出50张票的案例 */
    public class SaleTicket { 
        public static void main(String[] args) { 
            Ticket ticket = new Ticket();
            new Thread(() -> { 
                //循环100次保证能够卖光票
                for (int i = 0; i < 100; i++) { 
                    ticket.saleTicket();
                }
            }, "T1").start();
            new Thread(() -> { 
                for (int i = 0; i < 100; i++) { 
                    ticket.saleTicket();
                }
            }, "T2").start();
            new Thread(() -> { 
                for (int i = 0; i < 100; i++) { 
                    ticket.saleTicket();
                }
            }, "T3").start();
        }
    }
    
    /** * @author Dongguo * @description: 资源类 */
    class Ticket { 
        private int count = 50;
    
        public synchronized void saleTicket() { 
            if (count > 0) { 
                count--;
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖票成功，还剩" + count + "张票！");
            }
        }
    }
    运行结果
    T1卖票成功，还剩49张票！
    T1卖票成功，还剩48张票！
    T1卖票成功，还剩47张票！
    T1卖票成功，还剩46张票！
    T1卖票成功，还剩45张票！
    T1卖票成功，还剩44张票！
    T1卖票成功，还剩43张票！
    T1卖票成功，还剩42张票！
    T1卖票成功，还剩41张票！
    T1卖票成功，还剩40张票！
    T1卖票成功，还剩39张票！
    T1卖票成功，还剩38张票！
    T1卖票成功，还剩37张票！
    T1卖票成功，还剩36张票！
    T1卖票成功，还剩35张票！
    T1卖票成功，还剩34张票！
    T1卖票成功，还剩33张票！
    T1卖票成功，还剩32张票！
    T1卖票成功，还剩31张票！
    T1卖票成功，还剩30张票！
    T1卖票成功，还剩29张票！
    T1卖票成功，还剩28张票！
    T1卖票成功，还剩27张票！
    T1卖票成功，还剩26张票！
    T1卖票成功，还剩25张票！
    T1卖票成功，还剩24张票！
    T1卖票成功，还剩23张票！
    T1卖票成功，还剩22张票！
    T1卖票成功，还剩21张票！
    T1卖票成功，还剩20张票！
    T1卖票成功，还剩19张票！
    T1卖票成功，还剩18张票！
    T1卖票成功，还剩17张票！
    T1卖票成功，还剩16张票！
    T1卖票成功，还剩15张票！
    T1卖票成功，还剩14张票！
    T1卖票成功，还剩13张票！
    T1卖票成功，还剩12张票！
    T1卖票成功，还剩11张票！
    T1卖票成功，还剩10张票！
    T1卖票成功，还剩9张票！
    T1卖票成功，还剩8张票！
    T1卖票成功，还剩7张票！
    T1卖票成功，还剩6张票！
    T1卖票成功，还剩5张票！
    T1卖票成功，还剩4张票！
    T1卖票成功，还剩3张票！
    T1卖票成功，还剩2张票！
    T1卖票成功，还剩1张票！
    T1卖票成功，还剩0张票！

发现全是t1卖出

这样就是偏向锁的情况

### **为什么要引入偏向锁？** ###

Hotspot 的作者经过研究发现，大多数情况下：

多线程的情况下，锁不仅不存在多线程竞争，还存在锁由同一线程多次获得的情况，

为了让线程获得锁的代价更低而引入了偏向锁。当一个线程访问同步块并获取锁时，会在对象头和栈帧中的锁记录里存储锁偏向的线程ID，以后该线程在进入和退出同步块时不需要进行CAS操作来加锁和解锁，只需简单地测试一下对象头的Mark Word里是否存储着指向当前线程的偏向锁。如果测试成功，表示线程已经获得了锁。如果测试失败，则需要再测试一下Mark Word中偏向锁的标识是否设置成1（表示当前是偏向锁）：如果没有设置，则使用CAS竞争锁；如果设置了，则尝试使用CAS将对象头的偏向锁指向当前线程。

偏向锁就是在这种情况下出现的，它的出现是为了解决只有在一个线程执行同步时提高性能。

即为了降低获取锁的代价，才引入的偏向锁。

![image-20210908232852044][]

通过CAS方式修改markword中的线程ID

### 偏向锁的持有 ###

**理论落地：**  
在实际应用运行过程中发现，“锁总是同一个线程持有，很少发生竞争”，也就是说锁总是被第一个占用他的线程拥有，这个线程就是锁的偏向线程。  
那么只需要在锁第一次被拥有的时候，记录下偏向线程ID。这样偏向线程就一直持有着锁(后续这个线程进入和退出这段加了同步锁的代码块时，不需要再次加锁和释放锁。而是直接比较对象头里面是否存储了指向当前线程的偏向锁)。  
如果相等表示偏向锁是偏向于当前线程的，就不需要再尝试获得锁了，直到竞争发生才释放锁。以后每次同步，检查锁的偏向线程ID与当前线程ID是否一致，如果一致直接进入同步。无需每次加锁解锁都去CAS更新对象头。如果自始至终使用锁的线程只有一个，很明显偏向锁几乎没有额外开销，性能极高。  
假如不一致意味着发生了竞争，锁已经不是总是偏向于同一个线程了，这时候可能需要升级变为轻量级锁，才能保证线程间公平竞争锁。偏向锁只有遇到其他线程尝试竞争偏向锁时，持有偏向锁的线程才会释放锁，线程是不会主动释放偏向锁的。

**技术实现：**  
一个synchronized方法被一个线程抢到了锁时，那这个方法所在的对象就会在其所在的Mark Word中将偏向锁修改状态位，同时还会有占用前54位来存储线程指针作为标识。**若该线程再次访问同一个synchronized方法时，该线程只需去对象头的Mark Word 中去判断一下是否有偏向锁指向本身的ID，无需再进入 Monitor 去竞争对象**了。

### 举例说明 ###

偏向锁的操作不用直接捅到操作系统，不涉及用户到内核转换，不必要直接升级为最高级，我们以一个account对象的“对象头”为例，

![image-20210908233245396][]

假如有一个线程执行到synchronized代码块的时候，JVM使用CAS操作把线程指针ID记录到Mark Word当中，并修改标偏向标示，标示当前线程就获得该锁。锁对象变成偏向锁（通过CAS修改对象头里的锁标志位），字面意思是“偏向于第一个获得它的线程”的锁。执行完同步代码块后，线程并不会主动释放偏向锁。

![image-20210908233253586][]

这时线程获得了锁，可以执行同步代码块。当该线程第二次到达同步代码块时会判断此时持有锁的线程是否还是自己（持有锁的线程ID也在对象头里），JVM通过account对象的Mark Word判断：当前线程ID还在，说明还持有着这个对象的锁，就可以继续进入临界区工作。由于之前没有释放锁，这里也就不需要重新加锁。 如果自始至终使用锁的线程只有一个，很明显偏向锁几乎没有额外开销，性能极高。

结论：JVM不用和操作系统协商设置Mutex(争取内核)，它只需要记录下线程ID就标示自己获得了当前锁，不用操作系统接入。  
上述就是偏向锁：在没有其他线程竞争的时候，一直偏向偏心当前线程，当前线程可以一直执行。

### 偏向锁JVM命令 ###

查出BiasedLock相关的参数设置

java -XX:+PrintFlagsInitial |grep BiasedLock*

**linux命令**

![image-20210908234401983][]

**windows cmd命令**

![image-20210909082534843][]

默认偏向锁是打开的 UseBiasedLocking = true

但是BiasedLockingStartupDelay =4000 偏向锁 启动时间有延迟，

* 实际上偏向锁在JDK1.6之后是默认开启的，但是启动时间有延迟，
    * 如有必要可以使用JVM参数来关闭延迟
    * 所以需要添加参数-XX:BiasedLockingStartupDelay=0，让其在程序启动时立刻启动。
    *
    * 开启偏向锁：
    * -XX:+UseBiasedLocking -XX:BiasedLockingStartupDelay=0
    *
    * 如果你确定应用程序里所有的锁通常情况下处于竞争状态，可以通过JVM参数关闭偏向锁
    * 关闭偏向锁：关闭之后程序默认会直接进入------------------------------------------>>>>>>>>   轻量级锁状态。那么程序默认会进入轻量级锁状态
    * -XX:-UseBiasedLocking

**1使用默认设置 默认有延迟时间**

package com.dongguo.lockupgrade;
    
    import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;
    
    /** * @author Dongguo * @date 2021/9/8 0008-21:46 * @description: */
    public class MyObject { 
        public static void main(String[] args) { 
            Object object = new Object();
    
            new Thread(() -> { 
                synchronized (object) { 
                    System.out.println(ClassLayout.parseInstance(object).toPrintable());
                }
            }, "t1").start();
    
        }
    }
    运行结果
    java.lang.Object object internals:
     OFFSET  SIZE   TYPE DESCRIPTION                               VALUE
          0     4        (object header)                           60 f6 ef cd (01100000 11110110 11101111 11001101) (-839911840)
          4     4        (object header)                           b5 00 00 00 (10110101 00000000 00000000 00000000) (181)
          8     4        (object header)                           e5 01 00 20 (11100101 00000001 00000000 00100000) (536871397)
         12     4        (loss due to the next object alignment)
    Instance size: 16 bytes
    Space losses: 0 bytes internal + 4 bytes external = 4 bytes total

由于延迟4秒钟，锁信息显示出来的是不正确的 后8位字节01100000，是轻量级锁状态

**2设置延迟时间为0 -XX:BiasedLockingStartupDelay=0**

package com.dongguo.lockupgrade;
    
    import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;
    
    /** * @author Dongguo * @date 2021/9/8 0008-21:46 * @description: */
    public class MyObject { 
        public static void main(String[] args) { 
            Object object = new Object();
    
            new Thread(() -> { 
                synchronized (object) { 
                    System.out.println(ClassLayout.parseInstance(object).toPrintable());
                }
            }, "t1").start();
        }
    }
    运行结果
    java.lang.Object object internals:
     OFFSET  SIZE   TYPE DESCRIPTION                               VALUE
          0     4        (object header)                           05 70 f3 b2 (00000101 01110000 11110011 10110010) (-1292668923)
          4     4        (object header)                           2a 02 00 00 (00101010 00000010 00000000 00000000) (554)
          8     4        (object header)                           e5 01 00 20 (11100101 00000001 00000000 00100000) (536871397)
         12     4        (loss due to the next object alignment)
    Instance size: 16 bytes
    Space losses: 0 bytes internal + 4 bytes external = 4 bytes total

后8位00000101 锁信息 101 即偏向锁

1表示为偏向锁位

01表示为锁标记位

![image-20210908232852044][image-20210908232852044 1]

### **偏向锁的升级** ###

（一个线程持有锁，第二个线程加入锁竞争）

如果在运行过程中，遇到了其他线程抢占锁，则持有偏向锁的线程会被挂起，JVM会将偏向锁升级为轻量级锁。

### 偏向锁的的撤销 ###

#### **当有另外线程逐步来竞争锁的时候，就不能再使用偏向锁了，要升级为轻量级锁** ####

竞争线程尝试CAS更新对象头失败，会等待到全局安全点（STW，此时不会执行任何代码）撤销偏向锁。

偏向锁使用一种等到竞争出现才释放锁的机制，只有当其他线程竞争锁时，持有偏向锁的原来线程才会释放锁。  
偏向锁的撤销需要等待全局安全点(在这个时间点上没有正在执行的字节码 ，JVM中的STW的概念 )，

它会首先暂停拥有偏向锁的线程， 同时检查持有偏向锁的线程是否还在执行：

① 第一个线程正在执行synchronized方法(处于同步块)，它还没有执行完，其它线程来抢夺，暂停第一个线程，该偏向锁会被取消掉并出现锁升级。  
此时轻量级锁由原持有偏向锁的线程持有，继续执行其同步代码，而正在竞争的线程会进入自旋等待获得该轻量级锁。  
② 第一个线程执行完成synchronized方法(退出同步块)，第二个线程执行重新偏向 。

如果第一个线程退出，当第一个线程不存在了，第二个线程执行，CAS将当前线程指针修改，仍为偏向锁状态

如果第一个线程退出还要再次执行，第二个线程也要执行，那么两个线程就抢夺轻量级锁，没抢到的进行自旋

![img][]

此时升级为轻量级锁

#### **调用对象 hashCode导致偏向锁撤销** ####

调用了对象的 hashCode，但偏向锁的对象 MarkWord 中存储的是线程 id，如果调用 hashCode 会导致偏向锁被撤销变为无锁状态  
轻量级锁会在锁记录中记录 hashCode  
重量级锁会在 Monitor 中记录 hashCode

在获得偏向锁后，调用 hashCode

package com.dongguo.lockupgrade;
    
    import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;
    
    /** * @author Dongguo * @date 2021/9/11 0011-18:06 * @description: -XX:BiasedLockingStartupDelay=0 */
    public class RedoLockDemo { 
        public static void main(String[] args) { 
            Object object = new Object();
    
            new Thread(() -> { 
                synchronized (object) { 
                    System.out.println(ClassLayout.parseInstance(object).toPrintable());
                }
                object.hashCode();
                System.out.println(ClassLayout.parseInstance(object).toPrintable());
            }, "t1").start();
        }
    }
    java.lang.Object object internals:
     OFFSET  SIZE   TYPE DESCRIPTION                               VALUE
          0     4        (object header)                           05 f8 5d dd (00000101 11111000 01011101 11011101) (-581044219)
          4     4        (object header)                           4b 02 00 00 (01001011 00000010 00000000 00000000) (587)
          8     4        (object header)                           e5 01 00 20 (11100101 00000001 00000000 00100000) (536871397)
         12     4        (loss due to the next object alignment)
    Instance size: 16 bytes
    Space losses: 0 bytes internal + 4 bytes external = 4 bytes total
    
    java.lang.Object object internals:
     OFFSET  SIZE   TYPE DESCRIPTION                               VALUE
          0     4        (object header)                           01 ea 67 be (00000001 11101010 01100111 10111110) (-1100486143)
          4     4        (object header)                           66 00 00 00 (01100110 00000000 00000000 00000000) (102)
          8     4        (object header)                           e5 01 00 20 (11100101 00000001 00000000 00100000) (536871397)
         12     4        (loss due to the next object alignment)
    Instance size: 16 bytes
    Space losses: 0 bytes internal + 4 bytes external = 4 bytes total

101 偏向锁变为001无锁

#### **调用 wait/notify升级为重量级锁** ####

如果线程获得锁后调用`Object#wait`方法，则会将线程加入到WaitSet中，当被`Object#notify`唤醒后，会将线程从WaitSet移动到cxq或EntryList中去。

一个`ObjectMonitor`对象包括这么几个关键字段：cxq（下图中的ContentionList），EntryList ，WaitSet，owner。

其中cxq ，EntryList ，WaitSet都是由ObjectWaiter的链表结构，owner指向持有锁的线程。

![img][img 1]

需要注意的是，当调用一个锁对象的`wait`或`notify`方法时，**如当前锁的状态是偏向锁或轻量级锁则会先膨胀成重量级锁**。

package com.dongguo.lockupgrade;
    
    
    import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;
    
    import java.util.concurrent.TimeUnit;
    
    /** * @author Dongguo * @date 2021/9/11 0011-18:06 * @description: */
    public class RedoLockDemo { 
        public static void main(String[] args) { 
            Object object = new Object();
    
            Thread t1 = new Thread(() -> { 
                synchronized (object) { 
                    try { 
                        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(object).toPrintable());
                        object.wait();
                        System.out.println("被唤醒");
    
                    } catch (InterruptedException e) { 
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                System.out.println(ClassLayout.parseInstance(object).toPrintable());
    
            }, "t1");
            t1.start();
            new Thread(() -> { 
                try { 
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) { 
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (object) { 
                    object.notifyAll();
                    System.out.println("notifyAll");
                }
            }, "t2").start();
        }
    }
    运行结果
    java.lang.Object object internals:
     OFFSET  SIZE   TYPE DESCRIPTION                               VALUE
          0     4        (object header)                           05 40 22 62 (00000101 01000000 00100010 01100010) (1646411781)
          4     4        (object header)                           ec 01 00 00 (11101100 00000001 00000000 00000000) (492)
          8     4        (object header)                           e5 01 00 20 (11100101 00000001 00000000 00100000) (536871397)
         12     4        (loss due to the next object alignment)
    Instance size: 16 bytes
    Space losses: 0 bytes internal + 4 bytes external = 4 bytes total
    
    notifyAll
    java.lang.Object object internals:
     OFFSET  SIZE   TYPE DESCRIPTION                               VALUE
          0     4        (object header)                           da 9d 38 61 (11011010 10011101 00111000 01100001) (1631100378)
          4     4        (object header)                           ec 01 00 00 (11101100 00000001 00000000 00000000) (492)
          8     4        (object header)                           e5 01 00 20 (11100101 00000001 00000000 00100000) (536871397)
         12     4        (loss due to the next object alignment)
    Instance size: 16 bytes
    Space losses: 0 bytes internal + 4 bytes external = 4 bytes total

从101偏向锁变为010重量级锁

![image-20210909093508534][]

### 批量重偏向与批量撤销 ###

通过JVM的默认参数值，找一找批量重偏向和批量撤销的阈值。

设置JVM参数-XX:+PrintFlagsFinal，在项目启动时即可输出JVM的默认参数值

intx BiasedLockingBulkRebiasThreshold = 20 默认偏向锁批量重偏向阈值

intx BiasedLockingBulkRevokeThreshold = 40 默认偏向锁批量撤销阈值

当然我们可以通过-XX:BiasedLockingBulkRebiasThreshold 和 -XX:BiasedLockingBulkRevokeThreshold 来手动设置阈值

![img][img 2]

#### 批量重偏向 ####

如果对象虽然被多个线程访问，但没有竞争，这时偏向了线程 t1 的对象仍有机会重新偏向t2，重偏向会重置对象的 Thread ID  
当撤销偏向锁阈值超过 20 次后，jvm 会这样觉得，我是不是偏向错了呢，于是在接下来的访问中，会在给这些对象加锁时重新偏向至加锁线程 t2

例如当一个线程t1创建了大量Dog对象并执行了初始的同步操作，后来另一个线程t2也将这些Dog对象作为锁对象进行操作，

**注意，由于要输出多次JOL打印的二进制信息，这里我将jol的源码做了些修改，新增了只输出简化的二进制信息toPrintable2()并且修正了二进制打印的顺序，然后再打成jar包在本地引入**

package com.dongguo.lockupgrade;
    
    
    import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;
    
    import java.util.Vector;
    import java.util.concurrent.TimeUnit;
    
    /** * @author Dongguo * @date 2021/9/11 0011-18:06 * @description: -XX:BiasedLockingStartupDelay=0 *这里我将jol的源码新增了只输出简化的二进制信息toPrintable2()并且修正了二进制顺序，然后再打成jar包在本地引入 */
    class Dog { 
    }
    
    public class RedoLockDemo2 { 
        public static void main(String[] args) { 
            Vector<Dog> list = new Vector<>();
            Thread t1 = new Thread(() -> { 
                for (int i = 0; i < 30; i++) { 
                    Dog d = new Dog();
                    list.add(d);
                    synchronized (d) { 
                        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(d).toPrintable2());
                    }
                }
                synchronized (list) { 
                    list.notify();//唤醒t2
                }
            }, "t1");
            t1.start();
            Thread t2 = new Thread(() -> { 
                synchronized (list) { 
                    try { 
                        list.wait();
                    } catch (InterruptedException e) { 
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
    
                for (int i = 0; i < 30; i++) { 
                    Dog d = list.get(i);
                    System.out.println(i + "加锁前 " + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintable2());
                    synchronized (d) { 
                        System.out.println(i + "加锁中 " + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintable2());
                    }
                    System.out.println(i + " 加锁后 " + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintable2());
                }
            }, "t2");
            t2.start();
        }
    }

运行结果

00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    0加锁前  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    0加锁中  00000000 00000000 00000000 00011010 11100001 10101111 11110001 00100000 
    0 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    1加锁前  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    1加锁中  00000000 00000000 00000000 00011010 11100001 10101111 11110001 00100000 
    1 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    2加锁前  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    2加锁中  00000000 00000000 00000000 00011010 11100001 10101111 11110001 00100000 
    2 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    3加锁前  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    3加锁中  00000000 00000000 00000000 00011010 11100001 10101111 11110001 00100000 
    3 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    4加锁前  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    4加锁中  00000000 00000000 00000000 00011010 11100001 10101111 11110001 00100000 
    4 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    5加锁前  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    5加锁中  00000000 00000000 00000000 00011010 11100001 10101111 11110001 00100000 
    5 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    6加锁前  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    6加锁中  00000000 00000000 00000000 00011010 11100001 10101111 11110001 00100000 
    6 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    7加锁前  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    7加锁中  00000000 00000000 00000000 00011010 11100001 10101111 11110001 00100000 
    7 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    8加锁前  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    8加锁中  00000000 00000000 00000000 00011010 11100001 10101111 11110001 00100000 
    8 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    9加锁前  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    9加锁中  00000000 00000000 00000000 00011010 11100001 10101111 11110001 00100000 
    9 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    10加锁前  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    10加锁中  00000000 00000000 00000000 00011010 11100001 10101111 11110001 00100000 
    10 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    11加锁前  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    11加锁中  00000000 00000000 00000000 00011010 11100001 10101111 11110001 00100000 
    11 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    12加锁前  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    12加锁中  00000000 00000000 00000000 00011010 11100001 10101111 11110001 00100000 
    12 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    13加锁前  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    13加锁中  00000000 00000000 00000000 00011010 11100001 10101111 11110001 00100000 
    13 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    14加锁前  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    14加锁中  00000000 00000000 00000000 00011010 11100001 10101111 11110001 00100000 
    14 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    15加锁前  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    15加锁中  00000000 00000000 00000000 00011010 11100001 10101111 11110001 00100000 
    15 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    16加锁前  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    16加锁中  00000000 00000000 00000000 00011010 11100001 10101111 11110001 00100000 
    16 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    17加锁前  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    17加锁中  00000000 00000000 00000000 00011010 11100001 10101111 11110001 00100000 
    17 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    18加锁前  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    18加锁中  00000000 00000000 00000000 00011010 11100001 10101111 11110001 00100000 
    18 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    19加锁前  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    19加锁中  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 01111001 00000101 
    19 加锁后 00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 01111001 00000101 
    20加锁前  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    20加锁中  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 01111001 00000101 
    20 加锁后 00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 01111001 00000101 
    21加锁前  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    21加锁中  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 01111001 00000101 
    21 加锁后 00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 01111001 00000101 
    22加锁前  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    22加锁中  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 01111001 00000101 
    22 加锁后 00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 01111001 00000101 
    23加锁前  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    23加锁中  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 01111001 00000101 
    23 加锁后 00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 01111001 00000101 
    24加锁前  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    24加锁中  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 01111001 00000101 
    24 加锁后 00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 01111001 00000101 
    25加锁前  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    25加锁中  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 01111001 00000101 
    25 加锁后 00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 01111001 00000101 
    26加锁前  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    26加锁中  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 01111001 00000101 
    26 加锁后 00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 01111001 00000101 
    27加锁前  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    27加锁中  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 01111001 00000101 
    27 加锁后 00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 01111001 00000101 
    28加锁前  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    28加锁中  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 01111001 00000101 
    28 加锁后 00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 01111001 00000101 
    29加锁前  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101 
    29加锁中  00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 01111001 00000101 
    29 加锁后 00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 01111001 00000101

可以看出当t1线程执行时，30次循环将这30个dog对象的线程指针指向t1，前54位为t1的Thread ID

00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101

当t2线程执行时，第一次循环 加锁前dog对象0偏向t1线程

此时t1线程还存在，加锁时将偏向锁升级为轻量级锁

加锁后释放锁重置为无锁状态

0加锁前 00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101  
0加锁中 00000000 00000000 00000000 00011010 11100001 10101111 11110001 00100000  
0 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001

intx BiasedLockingBulkRebiasThreshold = 20 默认偏向锁批量重偏向阈值

当循环执行到20次时 将dog对象19的偏向指向t1修改为直接指向t2，就不再变为轻量级锁仍为偏向锁

达到偏向锁批量重偏向的阈值，之后的dog对象全都变为重偏向t2，而不再是t1

18加锁前 00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101  
18加锁中 00000000 00000000 00000000 00011010 11100001 10101111 11110001 00100000  
18 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001  
19加锁前 00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101  
19加锁中 00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 01111001 00000101  
19 加锁后 00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 01111001 00000101

20加锁前 00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 00001000 00000101  
20加锁中 00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 01111001 00000101  
20 加锁后 00000000 00000000 00000001 11100101 11100000 11011110 01111001 00000101

#### 批量撤销 ####

当撤销偏向锁阈值超过 40 次后，jvm 会这样觉得，自己确实偏向错了，根本就不该偏向。于是整个类的所有对象  
都会变为不可偏向的，新建的对象也是不可偏向的

package com.dongguo.lockupgrade;
    
    
    import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;
    
    import java.util.Vector;
    import java.util.concurrent.locks.LockSupport;
    
    /** * @author Dongguo * @date 2021/9/11 0011-18:06 * @description: -XX:BiasedLockingStartupDelay=0 */
    class Dog { 
    }
    
    public class RedoLockDemo2 { 
        static Thread t1, t2, t3;
    
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
            int loopNumber = 39;
            Vector<Dog> list = new Vector<>();
            t1 = new Thread(() -> { 
                for (int i = 1; i <= loopNumber; i++) { 
                    Dog d = new Dog();
                    list.add(d);
                    synchronized (d) { 
                        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(d).toPrintable2());
                    }
                }
    
                LockSupport.unpark(t2);
            }, "t1");
            t1.start();
            t2 = new Thread(() -> { 
                LockSupport.park();
    
                for (int i = 1; i <= loopNumber; i++) { 
                    Dog d = list.get(i);
                    System.out.println(i + "加锁前 " + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintable2());
                    synchronized (d) { 
                        System.out.println(i + "加锁中 " + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintable2());
                    }
                    System.out.println(i + " 加锁后 " + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintable2());
                }
    
                LockSupport.unpark(t3);
            }, "t2");
            t2.start();
            t3 = new Thread(() -> { 
                LockSupport.park();
    
                for (int i = 1; i <= loopNumber; i++) { 
                    Dog d = list.get(i);
                    System.out.println(i + "加锁前 " + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintable2());
                    synchronized (d) { 
                        System.out.println(i + "加锁中 " + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintable2());
                    }
                    System.out.println(i + " 加锁后 " + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintable2());
                }
               
            }, "t3");
            t3.start();
            t3.join();
    		System.out.println(ClassLayout.parseInstance(new Dog()).toPrintable2());
            
        }
    }

运行结果

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    1 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
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    2 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
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    3 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
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    4 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
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    5 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
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    6 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
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    7 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
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    10 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
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    11 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
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    12加锁中  00000000 00000000 00000000 00111111 01101101 00101111 11110100 00111000 
    12 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
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    13 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
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    14加锁中  00000000 00000000 00000000 00111111 01101101 00101111 11110100 00111000 
    14 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    15加锁前  00000000 00000000 00000001 10001100 00011001 11111110 00101000 00000101 
    15加锁中  00000000 00000000 00000000 00111111 01101101 00101111 11110100 00111000 
    15 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    16加锁前  00000000 00000000 00000001 10001100 00011001 11111110 00101000 00000101 
    16加锁中  00000000 00000000 00000000 00111111 01101101 00101111 11110100 00111000 
    16 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    17加锁前  00000000 00000000 00000001 10001100 00011001 11111110 00101000 00000101 
    17加锁中  00000000 00000000 00000000 00111111 01101101 00101111 11110100 00111000 
    17 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    18加锁前  00000000 00000000 00000001 10001100 00011001 11111110 00101000 00000101 
    18加锁中  00000000 00000000 00000000 00111111 01101101 00101111 11110100 00111000 
    18 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    19加锁前  00000000 00000000 00000001 10001100 00011001 11111110 00101000 00000101 
    19加锁中  00000000 00000000 00000001 10001100 00011001 11111110 00110001 00000101 
    19 加锁后 00000000 00000000 00000001 10001100 00011001 11111110 00110001 00000101 
    20加锁前  00000000 00000000 00000001 10001100 00011001 11111110 00101000 00000101 
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    20 加锁后 00000000 00000000 00000001 10001100 00011001 11111110 00110001 00000101 
    21加锁前  00000000 00000000 00000001 10001100 00011001 11111110 00101000 00000101 
    21加锁中  00000000 00000000 00000001 10001100 00011001 11111110 00110001 00000101 
    21 加锁后 00000000 00000000 00000001 10001100 00011001 11111110 00110001 00000101 
    22加锁前  00000000 00000000 00000001 10001100 00011001 11111110 00101000 00000101 
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    22 加锁后 00000000 00000000 00000001 10001100 00011001 11111110 00110001 00000101 
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    23 加锁后 00000000 00000000 00000001 10001100 00011001 11111110 00110001 00000101 
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    25 加锁后 00000000 00000000 00000001 10001100 00011001 11111110 00110001 00000101 
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    33 加锁后 00000000 00000000 00000001 10001100 00011001 11111110 00110001 00000101 
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    34 加锁后 00000000 00000000 00000001 10001100 00011001 11111110 00110001 00000101 
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    7加锁中  00000000 00000000 00000000 00111111 01101101 00111111 11110001 01111000 
    7 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    8加锁前  00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    8加锁中  00000000 00000000 00000000 00111111 01101101 00111111 11110001 01111000 
    8 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    9加锁前  00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    9加锁中  00000000 00000000 00000000 00111111 01101101 00111111 11110001 01111000 
    9 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    10加锁前  00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    10加锁中  00000000 00000000 00000000 00111111 01101101 00111111 11110001 01111000 
    10 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    11加锁前  00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    11加锁中  00000000 00000000 00000000 00111111 01101101 00111111 11110001 01111000 
    11 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    12加锁前  00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    12加锁中  00000000 00000000 00000000 00111111 01101101 00111111 11110001 01111000 
    12 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    13加锁前  00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    13加锁中  00000000 00000000 00000000 00111111 01101101 00111111 11110001 01111000 
    13 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    14加锁前  00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    14加锁中  00000000 00000000 00000000 00111111 01101101 00111111 11110001 01111000 
    14 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    15加锁前  00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    15加锁中  00000000 00000000 00000000 00111111 01101101 00111111 11110001 01111000 
    15 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    16加锁前  00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    16加锁中  00000000 00000000 00000000 00111111 01101101 00111111 11110001 01111000 
    16 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    17加锁前  00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    17加锁中  00000000 00000000 00000000 00111111 01101101 00111111 11110001 01111000 
    17 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    18加锁前  00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    18加锁中  00000000 00000000 00000000 00111111 01101101 00111111 11110001 01111000 
    18 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    19加锁前  00000000 00000000 00000001 10001100 00011001 11111110 00110001 00000101 
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    19 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    20加锁前  00000000 00000000 00000001 10001100 00011001 11111110 00110001 00000101 
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    20 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    21加锁前  00000000 00000000 00000001 10001100 00011001 11111110 00110001 00000101 
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    21 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
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    23加锁前  00000000 00000000 00000001 10001100 00011001 11111110 00110001 00000101 
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    24加锁前  00000000 00000000 00000001 10001100 00011001 11111110 00110001 00000101 
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    24 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    25加锁前  00000000 00000000 00000001 10001100 00011001 11111110 00110001 00000101 
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    25 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    26加锁前  00000000 00000000 00000001 10001100 00011001 11111110 00110001 00000101 
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    26 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    27加锁前  00000000 00000000 00000001 10001100 00011001 11111110 00110001 00000101 
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    28加锁前  00000000 00000000 00000001 10001100 00011001 11111110 00110001 00000101 
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    28 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    29加锁前  00000000 00000000 00000001 10001100 00011001 11111110 00110001 00000101 
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    29 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    30加锁前  00000000 00000000 00000001 10001100 00011001 11111110 00110001 00000101 
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    30 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    31加锁前  00000000 00000000 00000001 10001100 00011001 11111110 00110001 00000101 
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    38加锁中  00000000 00000000 00000000 00111111 01101101 00111111 11110001 01111000 
    38 加锁后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
    00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001

前半部分t1、t2和批量重偏向一样

t2前20个对象，并没有触发批量重偏向机制，线程t2执行释放同步锁后，转变为无锁形态 共撤销了偏向锁20次

t2第20~40个对象，触发了批量重偏向机制，对象为偏向锁状态，偏向线程t2，

t3前20个对象，并没有触发批量重偏向机制，线程t3执行释放同步锁后，转变为无锁形态 共撤销了偏向锁20次

intx BiasedLockingBulkRevokeThreshold = 40 默认偏向锁批量撤销阈值

此时一共撤销偏向锁40次，达到批量撤销的阈值

t3第20~40个对象，触发批量撤销机制，此时对象锁膨胀变为轻量级锁。

设置-XX:BiasedLockingStartupDelay=0后，创建的新对象本该为偏向锁状态，

在经历过批量重偏向和批量撤销后，直接在实例化后转为无锁状态。

00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001

#### 总结 ####

1、批量重偏向和批量撤销是针对类的优化，和对象无关。

2、偏向锁批量重偏向一次之后不可再次批量重偏向。

3、当某个类已经触发批量撤销机制后，JVM会默认当前类产生了严重的问题，剥夺了该类的新实例对象使用偏向锁的权利

## **轻量级锁（竞争不激烈）** ##

为什么要引入轻量级锁？

在竞争锁对象的线程不多，而且线程持有锁的时间也不长的情景。

即一个对象虽然有多哥线程访问，但是多个线程的访问是错开的（存在少量竞争会不存在竞争）

### 轻量级锁的获取 ###

轻量级锁是为了在线程近乎交替执行同步块时提高性能。  
主要目的： 在没有多线程竞争的前提下，通过CAS减少重量级锁使用操作系统互斥量产生的性能消耗，说白了先自旋再阻塞。

升级时机： 当关闭偏向锁功能或多线程竞争偏向锁会导致偏向锁升级为轻量级锁

假如线程A已经拿到锁，这时线程B又来抢该对象的锁，由于该对象的锁已经被线程A拿到，当前该锁已是偏向锁了。  
而线程B在争抢时发现对象头Mark Word中的线程ID不是线程B自己的线程ID(而是线程A)，那线程B就会进行CAS操作希望能获得锁。  
此时线程B操作中有两种情况：  
如果锁获取成功，直接替换Mark Word中的线程ID为B自己的ID(A → B)，重新偏向于其他线程(即将偏向锁交给其他线程，相当于当前线程"被"释放了锁)，该锁会保持偏向锁状态，A线程Over，B线程上位；

![image-20210909100427298][]

如果锁获取失败，则偏向锁升级为轻量级锁，此时轻量级锁由原持有偏向锁的线程持有，继续执行其同步代码，而正在竞争的线程B会进入自旋等待获得该轻量级锁。

![image-20210909100414892][]

### 测试轻量级锁 ###

如果关闭偏向锁，就可以直接进入轻量级锁

-XX:-UseBiasedLocking

![image-20210909100905345][]

package com.dongguo.lockupgrade;
    
    import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;
    
    /** * @author Dongguo * @date 2021/9/8 0008-21:46 * @description: */
    public class MyObject { 
        public static void main(String[] args) { 
            Object object = new Object();
    
            new Thread(() -> { 
                synchronized (object) { 
                    System.out.println(ClassLayout.parseInstance(object).toPrintable());
                }
            }, "t1").start();
        }
    }
    运行结果
    java.lang.Object object internals:
     OFFSET  SIZE   TYPE DESCRIPTION                               VALUE
          0     4        (object header)                           40 ef 6f 0a (01000000 11101111 01101111 00001010) (175107904)
          4     4        (object header)                           6e 00 00 00 (01101110 00000000 00000000 00000000) (110)
          8     4        (object header)                           e5 01 00 20 (11100101 00000001 00000000 00100000) (536871397)
         12     4        (loss due to the next object alignment)
    Instance size: 16 bytes
    Space losses: 0 bytes internal + 4 bytes external = 4 bytes total

后8位01000000

轻量级锁 最后两位00

### 流程 ###

#### ![image-20210909101032317][] ####

### 轻量级锁什么时候升级为重量级锁？ ###

（在轻量级锁状态下继续锁竞争，没有抢到锁的线程将自旋，即不停地循环判断锁是否能够被成功获取。自旋有限度的（有个计数器记录自旋次数，默认允许循环10次，可以通过虚拟机参数更改）。

**java6之前**是自旋锁

默认启用，默认情况下自旋的次数是 10 次

\-XX:PreBlockSpin=10来修改

或者自旋线程数超过cpu核数一半

**Java6之后** 是自适应自旋锁

自适应意味着自旋的次数不是固定不变的

根据同一个锁上一次自旋的时间。和拥有锁线程的状态来决定。

长时间的自旋操作是非常消耗资源的，一个线程持有锁，其他线程就只能在原地空耗CPU，执行不了任何有效的任务，这种现象叫做忙等（busy-waiting）。

### 轻量锁与偏向锁的区别和不同 ###

争夺轻量级锁失败时，线程自旋尝试抢占锁

轻量级锁每次退出同步块都需要释放锁，而偏向锁是在竞争发生时才释放锁

## 重量级锁 ##

有大量的线程参与锁的竞争，冲突性很高，某个达到最大自旋次数的线程，会将轻量级锁升级为重量级锁。

当后续线程尝试获取锁时，发现被占用的锁是重量级锁，则直接进入阻塞状态（而不是忙等），等待被唤醒。）

![image-20210909102231399][]

### 重量级锁测试 ###

![image-20210909102314684][]

因为自旋会消耗CPU，为了避免无用的自旋（比如获得锁的线程被阻塞住了），一旦锁升级  
成重量级锁，就不会再恢复到轻量级锁状态。当锁处于这个状态下，其他线程试图获取锁时，  
都会被阻塞住，当持有锁的线程释放锁之后会唤醒这些线程，被唤醒的线程就会进行新一轮  
的夺锁之争。

### 自旋优化TODO ###

\[[是否真的理解了偏向锁、轻量级锁、重量级锁（锁膨胀）、自旋锁、锁消除、锁粗化，知道重偏向吗？][Link 1]\](https://www.1314i58.com/article/jvm)

![img][img 3]

能发生偏向锁的也可以发生轻量级锁，能发生轻量级锁的也可以适用重量级锁。当然，\*\*重量级锁发生在能够获取到锁的情况，当不能获取到锁时有时会触发自旋锁。\*\*锁消除和锁粗化也是发生在获取到锁的情况，而且是在同步快执行的过程中，所以是在偏向锁的里面。

重量级锁竞争的时候，还可以使用自旋来进行优化，就是先自旋几次，暂时不进入阻塞，如果当前线程自旋成功（即这时候持锁线程已经退出了同步块，释放了锁），这时当前线程就可以避免阻塞

synchronized是非公平锁.当线程在进入尾部队列之前,会尝试着先自旋获取锁,如果获取失败才选择进入尾部队列.

阻塞会发生上下文切换，自旋优化尽量避免上下文切换

![image-20210911164115060][]

![image-20210911164129541][]

自旋会占用 CPU 时间，单核 CPU 自旋就是浪费，多核 CPU 自旋才能发挥优势。  
在 Java 6 之后自旋锁是自适应的，比如对象刚刚的一次自旋操作成功过，那么认为这次自旋成功的可能性会高，就多自旋几次；反之，就少自旋甚至不自旋，总之，比较智能。  
Java 7 之后不能控制是否开启自旋功能。

## 各种锁优缺点、synchronized锁升级和实现原理 ##

\*注意：**锁可以升级不可以降级，但是偏向锁状态可以被重置为无锁状态。**

![image-20210909102542889][]

synchronized锁升级过程总结：一句话，就是先自旋，不行再阻塞。  
实际上是把之前的悲观锁(重量级锁)变成在一定条件下使用偏向锁以及使用轻量级(自旋锁CAS)的形式

synchronized在修饰方法和代码块在字节码上实现方式有很大差异，但是内部实现还是基于对象头的MarkWord来实现的。  
JDK1.6之前synchronized使用的是重量级锁，JDK1.6之后进行了优化，拥有了无锁->偏向锁->轻量级锁->重量级锁的升级过程，而不是无论什么情况都使用重量级锁。

偏向锁:适用于单线程适用的情况，在不存在锁竞争的时候进入同步方法/代码块则使用偏向锁。  
轻量级锁：适用于竞争较不激烈的情况(这和乐观锁的使用范围类似)， 存在竞争时升级为轻量级锁，轻量级锁采用的是自旋锁，如果同步方法/代码块执行时间很短的话，采用轻量级锁虽然会占用cpu资源但是相对比使用重量级锁还是更高效。  
重量级锁：适用于竞争激烈的情况，如果同步方法/代码块执行时间很长，那么使用轻量级锁自旋带来的性能消耗就比使用重量级锁更严重，这时候就需要升级为重量级锁。

![preview][]

# JIT编译器对锁的优化 #

JIT

Just In Time Compiler，一般翻译为即时编译器

## 锁粗化 ##

按理来说，同步块的作用范围应该尽可能小，但是加锁解锁也需要消耗资源，如果存在一系列的连续加锁解锁操作，可能会导致不必要的性能损耗。  
锁粗化就是将多个连续的加锁、解锁操作连接在一起，扩展成一个范围更大的锁，避免频繁的加锁解锁操作。

例子1

![image-20210904184819425][]

JVM会检测到这样一连串的操作都对同一个对象加锁(while循环内100次执行append,没有锁粗话就要进行100次加锁/解锁) ,此时JVM就会将加锁的范围粗化到这一连串的操作的外部(比如while循环体外) ,使得这一连串操作只需要加一次锁即可。

而且JIT编译器在编译期对StringBuffer对象进行逃逸分析，如果没有发生逃逸，则会使用栈上分配，分配完成后，继续在调用栈内执行，线程结束后，栈空间被回收，局部变量对象也被回收，这样就不用进行垃圾回收了。可以减少垃圾回收时间和次数。

例子2

package com.dongguo.lockupgrade;
    
    /** * @author Dongguo * @date 2021/9/9 0009-10:37 * @description: 锁粗化 * 假如方法中首尾相接，前后相邻的都是同一个锁对象，那JIT编译器就会把这几个synchronized块合并成一个大块， * 加粗加大范围，一次申请锁使用即可，避免次次的申请和释放锁，提升了性能 */
    public class LockBigDemo { 
        static Object objectLock = new Object();
    
    
        public static void main(String[] args) { 
            new Thread(() -> { 
                synchronized (objectLock) { 
                    System.out.println("11111");
                }
                synchronized (objectLock) { 
                    System.out.println("22222");
                }
                synchronized (objectLock) { 
                    System.out.println("33333");
                }
            }, "a").start();
    
            new Thread(() -> { 
                synchronized (objectLock) { 
                    System.out.println("44444");
                }
                synchronized (objectLock) { 
                    System.out.println("55555");
                }
                synchronized (objectLock) { 
                    System.out.println("66666");
                }
            }, "b").start();
        }
    }

## 锁消除 ##

Java虚拟机通过对运行上下文的扫描，经过逃逸分析，去除不可能存在竞争的锁，通过这种方式消除没有必要的锁，可以节省毫无意义的请求锁时间

例子1

![image-20210904184122744][]

StringBuffer是线程安全的 ，因为它的关键方法都被synchronized修饰过的，但是我们看上面代码，我们会发现，sb这个引用只会在add方法中使用，不可能被其它线程引用(因为是局部变量，栈私有)，因此sb是不可能共享的资源，JVM会自动消除StringBuffer对象内部的锁

例子2

package com.dongguo.lockupgrade;
    
    /** * @author Dongguo * @date 2021/9/9 0009-10:29 * @description: 锁消除 * 从JIT角度看相当于无视它，synchronized (o)不存在了,这个锁对象并没有被共用扩散到其它线程使用， * 极端的说就是根本没有加这个锁对象的底层机器码，消除了锁的使用 */
    
    public class LockClearUPDemo { 
        static Object objectLock = new Object();//正常的
    
        public void m1() { 
            //锁消除,JIT会无视它，synchronized(对象锁)不存在了。不正常的
            //每个线程调用m1方法都会创建一个新的object 即使用的不是同一把锁，不存在锁竞争
            Object o = new Object();
    
            synchronized (o) { 
                System.out.println("-----hello LockClearUPDemo" + "\t" + o.hashCode() + "\t" + objectLock.hashCode());
            }
        }
    
        public static void main(String[] args) { 
            LockClearUPDemo demo = new LockClearUPDemo();
    
            for (int i = 1; i <= 10; i++) { 
                new Thread(() -> { 
                    demo.m1();
                }, String.valueOf(i)).start();
            }
        }
    }

实质是JIT编译器的同步省略或者叫同步消除

# 锁降级 #

一般说是不存在锁降级的

# 扩展 #

## **自旋锁（持有锁的时间较短）** ##

指当一个线程在获取锁的时候，如果锁已经被其它线程获取，那么该线程将循环等待，然后不断的判断锁是否能够被成功获取，直到获取到锁才会退出循环。

## **自适应自旋锁** ##

自适应自旋解决的是“锁竞争时间不确定”的问题，可以根据上一次自旋的时间与结果调整下一次自旋的时间

[image-20210908204838914]: /images/20220828/018c1607329d4d9490efda1e7201aacd.png
[image-20210908205716396]: /images/20220828/63800dae471e4905ac5ec66c366e15aa.png
[image-20210908205452654]: /images/20220828/81fab84c9caa479789f2fcf7f5b092e5.png
[image-20210908214211133]: /images/20220828/593aa0ea7d7649118d7e92070f90bed9.png
[image-20210904182231892]: /images/20220828/07d9edd083c04ed9964acf03bee3573d.png
[image-20210908215530307]: /images/20220828/96ac4449e52047e1abd382bdc65a2a3e.png
[image-20210908232852044]: /images/20220828/4939fd6c932d4b6a8f4d7cf70663db28.png
[image-20210908233245396]: /images/20220828/07420cb232da47358c093be5cee530aa.png
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[image-20210909082534843]: /images/20220828/48ffb44828264b82a21321a0cf48dd57.png
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[img 1]: /images/20220828/09d30248f91d4d50a3007a0735d3a828.png
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[img 2]: /images/20220828/919539d69c8742e2b224c3c9016ee955.png
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[image-20210909102231399]: /images/20220828/feda2cbf7ea94ef3a9b2062bb434c0ee.png
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[Link 1]: https://www.1314i58.com/article/jvm
[img 3]: /images/20220828/6e80e18423a940129a00365c176d5150.png
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[image-20210911164129541]: /images/20220828/983d0354c7424a88ba3bf8142b8c0560.png
[image-20210909102542889]: /images/20220828/fbcbeef21ab24c2baea1e5f8b8f38824.png
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[image-20210904184122744]: /images/20220828/8f0bc36735a340bd8ad3c2d95ea58e54.png