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jvm/深入理解java虚拟机.md

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       - [符号引用](#符号引用)
       - [直接引用](#直接引用)
     - [初始化](#初始化-1)
+  - [锁优化](#锁优化)
+    - [自旋锁和自适应自旋](#自旋锁和自适应自旋)
+    - [锁消除](#锁消除)
+    - [锁粗化](#锁粗化)
+    - [轻量级锁](#轻量级锁)
+      - [Hotspot对象头内存布局](#hotspot对象头内存布局)
+      - [轻量级锁加锁过程](#轻量级锁加锁过程)
+      - [轻量级锁的解锁过程](#轻量级锁的解锁过程)
+    - [偏向锁](#偏向锁)
 
 
 # 深入理解java虚拟机
@@ -686,4 +695,91 @@ public static final int value = 123
 ### 初始化
 类初始化是类加载过程中的最后一步。在准备阶段，变量已经赋值过一次初始值，而在初始化阶段，`则会执行类构造器<clinit>()方法`。
 
+## 锁优化
+### 自旋锁和自适应自旋
+在许多场景下，共享数据的锁定时间只会维持很短一段时间，为此挂起和恢复线程并不值得。对此，可以令后请求锁的线程`等待但并不放弃处理器的执行时间`，看看持有锁的线程是否会很快释放锁。为此，让线程执行`忙自旋`即可。
+
+自旋锁并不能代替阻塞，自旋等待虽然避免了线程切换的开销，但是却要占用处理器时间：
+- 如果锁被占用的时间很短，那么自旋等待的效果就较好
+- 如果锁被占用的时间很长，那么自旋线程只会白白浪费处理器资源
+
+故而，自旋等待必须要有一定的限度，如果自旋超过限定次数仍然没有获取锁，就应当使用传统方式去挂起线程。自旋的默认次数为10次。
+
+在jdk 1.6中，引入了自适应的自旋锁，自适应代表自旋时间不再固定了，而是由前一次在同一锁上的自旋时间以及锁拥有者的状态来决定：
+- 如果在同一锁对象上，自旋等待刚刚成功获得过锁，并且持有锁的线程正在运行中，那么虚拟机会认为这次自旋也很有可能再次成功，其会允许自旋等待持续相对更长的时间，例如100个循环
+- 如果对于某个锁，自旋很少成功获得过，那么在以后获得这个锁时可能会省略自旋过程，以避免浪费处理器资源
+
+拥有自适应自旋，随着程序的运行和性能监控信息的不断完善，虚拟机对程序锁状况的预测会越来越准确
+
+### 锁消除
+在即时编译器运行时，对于`代码上要求同步，但经检测后不可能存在共享数据竞争`的锁进行消除。锁消除的主要判断依据为`逃逸分析`。如果判断在一段代码中，堆上所有的数据都不可能逃逸出去被其他线程访问到，那么可以将其看作是栈上数据，认为它们是线程私有的，自然无需进行同步加锁。
+
+### 锁粗化
+原则上，在编写代码时，会倾向将同步块的作用范围限制的尽可能小，只在共享数据的实际作用域中才进行同步。这样，可以令需要同步的操作数量尽可能变少，如存在锁竞争，能够尽快拿到锁。
+
+但是，如果存在一系列的连续操作都对同一个对象反复加锁/释放锁，甚至加锁操作出现在循环中，那么即使没有线程竞争，频繁的对锁进行获取和释放也会带来不必要的性能损耗。
+
+故而，如果虚拟机检测到有这样一串零碎操作都对同一对象加锁，会将加锁的同步范围拓展（粗化）到整个操作序列外部。
+
+### 轻量级锁
+在jdk 1.6中，加入了轻量级锁这一新型锁机制。`轻量级`是相对传统基于操作系统互斥量实现的锁来说的。
+
+轻量级锁并非用于替代重量级锁，其用途是在没有多线程竞争的前提下，减少传统重量级锁使用操作系统互斥量带来的性能消耗。
+
+#### Hotspot对象头内存布局
+在Hotspot虚拟机对象头中包含两部分信息：
+- 第一部分存储对象自身的运行时数据（Mark Word），如：
+  - hash码
+  - gc分代年龄等
+- 存储指向方法区对象类型数据的指针
+
+> 如果是数组类型，对象头中还会由额外部分用于存储数组长度
+
+对象头信息是和对象自身定义数据无关的额外存储成本，为了考虑虚拟机空间效率，Mark Word被设计为了非固定的数据结构，以在尽量少的空间内存储更多信息。
+
+Mark Word会根据对象状态复用自身的存储空间，例如在32位Hotspot虚拟机中：
+- 如果对象处于未锁定状态下，Mark Word的32bit空间内容如下：
+  - 25bit用于存储对象的hash码
+  - 4bit用于存储对象的分代年龄
+  - 2bit用于存储锁标志位
+  - 1bit固定为0
+
+在其他状态下，Mark Word的存储内容如下所示：
+
+| 存储内容 | 标志位 | 状态 |
+| :-: | :-: | :-: |
+| 对象hash码和对象分代年龄 | 01 | 未锁定 |
+| 指向锁记录的指针 | 00 | 轻量级锁定 |
+| 指向重量级锁的指针 | 10 | 膨胀（重量级锁定） |
+| 空，不需要记录信息 | 11 | GC标记 |
+| 偏向线程ID、偏向时间戳、对象分代年龄 | 01 | 可偏向 |
+
+#### 轻量级锁加锁过程
+在代码进入同步块时，如果此时同步对象没有被锁定，
+- 虚拟机将首先`在当前线程的栈帧中建立一个名为锁记录的空间`，用于存储对象目前的Mark Record拷贝。
+- 然后，虚拟机将会尝试使用CAS将对象的Mark Word更新为指向该锁记录的指针，`若更新成功，则线程则持有了该对象的锁`。
+  - 之后，会将对象Mark Word的标志位改为00，代表对象处于轻量级锁定状态
+- 如果CAS更新Mark Word失败，虚拟机会检查Mark Word是否指向当前线程的栈帧，如果是，说明当前线程已经拥有了该锁，直接执行同步代码块
+  - 如果Mark Word指向的不是当前线程的栈帧，那么代表该锁已经被其他线程抢先持有，此时，轻量级锁不再有效，需要膨胀为重量级锁，锁标记位会变为10，此时Mark Word中需要存储指向重量级锁（互斥量）的指针，后面等待的线程需要进入阻塞状态
+
+#### 轻量级锁的解锁过程
+轻量级锁的解锁过程也是通过CAS来操作的
+- 如果Mark Word仍然指向线程的锁记录，那么会使用CAS将线程中复制的Mark Word替换回来，若替换成功，则整个解锁过程成功
+- 如果替换失败，说明有其他线程尝试获取过锁，那么需要在释放锁的同时唤醒被挂起的线程
+
+轻量级锁仅在`整个同步周期内都不存在竞争`这一场景下能够提高性能。如果没有竞争，轻量级锁使用CAS规避了互斥量带来的开销。
+
+但是，如果存在锁竞争，那么除了互斥量外，还额外发生了CAS操作，故而在存在锁竞争的场景下轻量级锁比重量级锁更慢。
+
+### 偏向锁
+偏向锁也是jdk 1.6中引入的优化，其目的是进一步优化在无竞争情况下的程序性能。轻量级锁是在无竞争条件下用CAS操作去减少系统互斥量带来的开销；而偏向锁则是在无竞争条件下消除所有同步开销。
+
+偏向锁代表其会偏向第一个获得其的线程，如果在后续执行的过程中，该所没有被其他线程获取，那么持有偏向锁的线程将永远不需要再同步。
+
+如果虚拟机使用了偏向锁，那么在锁对象第一次被线程获取时，会将对象头中标志位设置为`01`，即偏向模式。同时，使用CAS操作将获取该锁的线程ID记录到对象的Mark Word中。若CAS成功，那么持有偏向锁的线程后续每次进入到该锁相关的同步代码中时，虚拟机都可以不再执行任何同步操作。
+
+当有另一个线程尝试去获取该锁时，偏向模式将结束：
+- 若当前对象处于未锁定状态，那么撤销偏向后，恢复到未锁定状态
+- 若当前对象处于已锁定状态，那么撤销偏向后，恢复到轻量级锁定状态
+