谁说synchronized锁只能升级不能降，八股文白背了？

网上的锁升级描述的都不是很全面，阿斌通过查阅众多的资料，以及阅读《深入理解java虚拟机》483页后，总结了这篇文章。

首先，synchronized的锁标志是存储在对象头的MarkWord中的。在64位的虚拟机中，他的MarkWord只有64位，能存储的空间也是有限的。于是，通过最后三位来作为模式标识，来存储不同模式下需要的不同信息，比如锁的升级情况。

首先，一个对象是否开启偏向锁是根据某个参数来决定的

• 开启偏向锁

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• jvm启动4秒后进入匿名偏向锁状态：默认有偏向延迟，避免jvm线程一开始去抢占锁，导致产生了偏向锁。启用安全点会带来STW。而偏向锁的撤销与重偏向判断，也是需要启用安全点的。
• 关闭偏向启动延迟，对象一创建就进入匿名偏向状态。

• 不开启偏向锁

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• 对象一创建就会进入无锁状态。

再来看看锁整体的升级流程

匿名偏向锁

当JVM启用了偏向锁模式（JDK6以上默认开启），新创建对象的Mark Word中的Thread Id为0，说明此时处于可偏向但未偏向任何线程，也叫做匿名偏向状态(anonymously biased)。

偏向锁

加锁：

1、判断当前偏向锁的状态是开启的也就是101， 通过CAS操作将当前线程的地址设置到锁对象的markword中。如果设置成功了，那么就是设置偏向锁成功了。（CAS 中 原ID为0，目标ID为线程ID）

2、在当前线程的栈贞中，创建锁记录（Lock Record），使这个锁记录锁标识指向锁对象。这个是不需要CAS操作的。

3、-XX:-UseBiasedLocking
 可以关闭偏向锁，默认是开启状态的。

注：期望原锁是匿名偏向锁也就是原线程id为0，否则就进入下述的安全点检查，偏向锁竞争

偏向锁多次的重入，会在栈帧顶部生成多次的lock record。每退出一次，就移除一个record，只有最后一个有值，代表全部退出。

解锁：

注：不会主动进行解锁，出现竞争时才会解锁，这样做的目的是下一次同一个线程来获取锁时，直接检查mark word的锁记录就可以了。

过程：在B线程获取偏向锁时，查看mark word的线程id不是自己的，那么B线程就会向VM的线程队列发送一个撤销偏向锁的任务，VM线程会不断检测是否有任务要执行，当检测到这个任务后，就需要在安全点去执行（安全点时，JVM内的所有线程都会被阻塞，只有JVM线程处于运行状态，它可以执行一些特殊的任务，如full gc就是此时执行）

注：因为撤销锁的时候，会修改持有锁线程的栈数据，如果不在安全点执行的话，会有并发问题。

1、需要等待全局安全点（在这个时间点上没有正在运行的字节码）。它会首先暂停拥有偏向锁的线程，然后检测这个线程是否存活

2、如果不存活的话，那么就先将对象头设置为无锁状态，并偏向提交撤销锁的那个线程。

3、如果是存活状态，

存在竞争：那么就先将对象头设置为无锁状态，并升级为轻量级锁

这里的竞争是通过查看锁记录中，是否还有指向锁对象的记录，存在表示还在同步代码块中,即上一个持有锁的线程还没有执行完。

没有竞争：那么就先将对象头设置为无锁状态，并偏向另一个线程。

4、当偏向锁的撤销次数超过40次后，会直接升级为轻量级锁。

注：偏向锁升级的过程

1、遍历栈贞中锁记录，找到第一条记录，修改这条记录的displaced数据为锁对象的无锁状态mark word值。也就是偏向锁持有的栈帧中需要把占位的lock record改成无锁状态下的mark word。

2、修改锁对象mark word的状态为轻量级锁状态，并且保留其中的线程内存地址。

注：偏向锁的优势是只有一个线程的情况下，重新获取锁甚至不需要cas，但是偏向锁的竞争消耗非常大，甚至超过轻量级锁。所以偏向锁升级后，再也回不到偏向锁了。因为轻量级锁执行完后，会恢复成无锁。

轻量级锁

加锁

1、在当前栈帧中创建一条锁记录，锁记录内的锁引用字段保存锁对象的地址

2、锁对象生成一条无锁状态的markword值，学名叫displacedMarkWord，然后将这个值保存到锁记录的displaced字段内

3、使用CAS去设置当前markword的值，修改为当前线程持有轻量级锁状态。

更新为轻量级状态成功，那么就是获取轻量级锁成功

如果失败，那么就会检测为什么失败，第一个要检测的就是是否是锁重入，检测到锁对象的markWord中锁持有者指向当前的线程，那么就是锁重入。这时只需要把在栈中插入的锁记录的displaced字段置为空就可以了。（即只有第一次加轻量级锁时，锁记录的displaced才有值）

每次锁重入，都会记录锁记录，可以用来统计重入次数。

注：简单来说，就是线程开辟一个rocord来保存markword无锁状态的值，然后markword存轻量级锁模式下的本线程id

解锁

1、检测最后一条锁记录，会先将栈帧中锁记录的锁对象引用设置为null

2、检测这条锁记录的displaced字段是否有值，没有值证明这时一次锁重入，那么清除掉这条记录就可以了，步骤就是上面的将锁记录的锁对象的引用设置为null

3、每一次重入锁的释放都是这样的操作

4、然后就是最后一条锁记录的释放，这条锁记录是有displaced值的，这一步的释放是通过CAS将锁记录中的displaced值复制到锁对象中。

5、如果成功就是释放了，如果失败就有可能是锁已经膨胀了或者正在膨胀。

注：最后个lockrecord中的displaced是有值的，代表我们需要将原来保存的无锁mark word设置回去。将对象恢复成无锁状态。如果失败了，说明之前有线程竞争膨胀成重量级锁了。我们还需要在释放锁的同时，唤醒被挂起的线程。

重量级锁

加锁

1、有线程调用轻量级锁或偏向锁对象的hashcode方法，因为这个时候mark word是没有办法存储hash值的，所以需要膨胀到重量级锁

2、持锁的线程调用锁对象的wait()方法

因为锁对象处于偏向或者轻量级锁的状态下，是没有管程对象和等待队列的，所以无法保存线程节点

3、轻量级锁状态发生并发时，会膨胀成重量级锁。

过程

主要结构：

ContentionList：等待队列

EntryList：存放等待锁而被block的线程队列

WaitSet：线程调用await()方法后，则线程会加入到waitSet中

Owner：表示当前持有锁的线程

（1）膨胀到重量级锁之后，当一个线程想要获取锁的时候，先去锁对象的mark word中获取管程对象的地址，进入管程后先尝试几次获取锁，就是通过CAS将管程内的owner字段设置为当前线程。设置成功就是获取锁成功了，没成功的话就是有占用。

（2）有占用时先封装成一个ObjectWaiter对象，存入到EntryList的队首，然后调用park挂起当前线程。底层就是通过Linux的mutex互斥量来实现

（3）当线程释放锁的时候，会从等待队列或者EntryList中选择一个线程进行唤醒，被选中的线程叫假定继承人，因为在它获取锁的过程中，外部线程有机会获取到锁，这也是Synchronized是不公平锁的原因。

（4）当持锁的线程调用await()方法时，会将线程加入到waitSet中，当被Object.notify唤醒后，会从waitSet移动到EntryList，继续等待获取锁。

解锁

1、设置owner为null，这个时候其他线程可以获取锁，所以是不公平的。

2、如果没有等待的线程则直接返回就可以了

3、如果有的话，就根据不同的策略去唤醒线程，唤醒的线程重新尝试去获取锁，即入等待队列和EntryList..

注：这个唤醒策略很多，默认的情况下是，从EntryList中获取，如果EntryList没有线程，那么就从等待队列中按原有顺序插入到EntryList中，这就意味着先插入到等待队列的线程，在EntryList中是最后被唤醒的

注：像HotSpot JVM 其实就支持锁降级，但是锁升降级效率较低，如果频繁升降级的话对性能就会造成很大影响。

JVM会尝试在SWT的停顿中对处于“空闲(idle)”状态的重量级锁进行降级(deflate)。这个降级过程是如何实现的呢？我们知道在STW时，所有的Java线程都会暂停在“安全点(SafePoint)”，此时VMThread通过对所有Monitor的遍历，或者通过对所有依赖于MonitorInUseLists值的当前正在“使用”中的Monitor子序列进行遍历，从而得到哪些未被使用的“Monitor”作为降级对象。

降级对象为仅仅能被 VMThread 访问而没有其他 JavaThread 访问的对象。

被锁的对象都被垃圾回收了有没有锁还有啥关系？因此基本认为锁不可降级。

参考

https://blog.csdn.net/chengyan_1992/article/details/124803701