輕量鎖

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輕量級鎖也是一種多執行緒優化，它與偏向鎖的區別在於，輕量級鎖是通過CAS來避免進入開銷較大的互斥操作，而偏向鎖是在無競爭場景下完全消除同步，連CAS也不執行（CAS本身仍舊是一種作業系統同步原語，始終要在JVM與OS之間來回，有一定的開銷）。

輕量級鎖（LightweightLocking）本意是為了減少多執行緒進入互斥的機率，並不是要替代互斥。

它利用了CPU原語Compare-And-Swap(CAS，彙編指令CMPXCHG)，嘗試在進入互斥前，進行補救。

輕量級鎖加鎖：執行緒在執行同步塊之前，JVM會先在當前執行緒的棧楨中建立用於儲存鎖記錄的空間，並將物件頭中的MarkWord複製到鎖記錄中，官方稱為DisplacedMark Word。然後執行緒嘗試使用CAS將物件頭中的MarkWord替換為指向鎖記錄的指標。如果成功，當前執行緒獲得鎖，如果失敗，表示其他執行緒競爭鎖，當前執行緒便嘗試使用自旋來獲取鎖。

輕量級鎖解鎖：輕量級解鎖時，會使用原子的CAS操作來將DisplacedMark Word替換回到物件頭，如果成功，則表示沒有競爭發生。如果失敗，表示當前鎖存在競爭，鎖就會膨脹成重量級鎖。下圖是兩個執行緒同時爭奪鎖，導致鎖膨脹的流程圖。

 在圖中，提到了拷貝鎖物件頭的objectmark word，由於脫離了原始markword，官方將它冠以displaced字首，即displacedmark word(置換標記字)。

這個displacedmark word是整個輕量級鎖實現的關鍵，在CAS中的compare就需要用它作為條件。

為什麼要拷貝mark word？其實很簡單，原因是為了不想在lock與unlock這種底層操作上再加同步。

在拷貝完object markword之後，JVM做了一步交換指標的操作，即流程中第一個橙色矩形框內容所述。

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將object mark word裡的輕量級鎖指標指向lockrecord所在的stack指標，作用是讓其他執行緒知道，該objectmonitor已被佔用（就像偏向鎖中用CAS的方式將markword的id指向當前嘗試獲取鎖的執行緒id，這裡是將markword中的輕量級鎖指標以CAS的方式嘗試指向當前執行緒的lockrecord，這樣別的執行緒便知道當前輕量鎖已經指向別的執行緒了）。

lock record裡的owner指標指向objectmark word的作用是為了在接下里的執行過程中，識別哪個物件被鎖住了。

CAS 的是makeworld中的輕量級鎖指標

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下圖直觀地描述了交換指標的操作。

最後一步unlock中，我們發現，JVM同樣使用了CAS來驗證object markword在持有鎖到釋放鎖之間，有無被其他執行緒訪問。

如果其他執行緒在持有鎖這段時間裡，嘗試獲取過鎖，則可能自身被掛起，而markword的重量級鎖指標也會被相應修改。

釋放鎖執行緒視角：所以由輕量鎖切換到重量鎖，是發生在輕量鎖釋放鎖的期間，之前在獲取鎖的時候它拷貝了鎖物件頭的markword，在釋放鎖的時候如果它發現在它持有鎖的期間有其他執行緒來嘗試獲取鎖了，並且該執行緒對markword做了修改，兩者比對發現不一致，則切換到重量鎖。

因為重量級鎖被修改了，所有display mark word和原來的markword不一樣了。

怎麼補救，就是進入mutex前，compare一下obj的markword狀態。確認該markword是否被其他執行緒持有。

此時如果執行緒已經釋放了markword，那麼通過CAS後就可以直接進入執行緒，無需進入mutex，就這個作用。

嘗試獲取鎖執行緒視角：如果執行緒嘗試獲取鎖的時候，輕量鎖正被其他執行緒佔有，那麼它就會修改markword，修改重量級鎖，表示該進入重量鎖了。

還有一個注意點：等待輕量鎖的執行緒不會阻塞，它會一直自旋等待鎖，並如上所說修改markword。

這就是自旋鎖，嘗試獲取鎖的執行緒，在沒有獲得鎖的時候，不被掛起，而轉而去執行一個空迴圈，即自旋。在若干個自旋後，如果還沒有獲得鎖，則才被掛起，獲得鎖，則執行程式碼。

因為自旋會消耗CPU，為了避免無用的自旋（比如獲得鎖的執行緒被阻塞住了），一旦鎖升級成重量級鎖，就不會再恢復到輕量級鎖狀態。當鎖處於這個狀態下，其他執行緒試圖獲取鎖時，都會被阻塞住，當持有鎖的執行緒釋放鎖之後會喚醒這些執行緒，被喚醒的執行緒就會進行新一輪的奪鎖之爭。