首先简单说下先偏向锁、轻量级锁、重量级锁三者各自的应用场景：

  • 偏向锁：只有一个线程进入临界区；
  • 轻量级锁：多个线程交替进入临界区；
  • 重量级锁：多个线程同时进入临界区。

锁膨胀过程：

java 锁膨胀机制 锁膨胀的过程_同步代码块

原理分析：

偏向所锁，轻量级锁都是乐观锁，重量级锁是悲观锁。
一个对象刚开始实例化的时候，没有任何线程来访问它的时候。它是可偏向的，意味着，它现在认为只可能有一个线程来访问它，所以当第一个
线程来访问它的时候，它会偏向这个线程，此时，对象持有偏向锁。偏向第一个线程，这个线程在修改对象头成为偏向锁的时候使用CAS操作，并将
对象头中的ThreadID改成自己的ID，之后再次访问这个对象时，只需要对比ID，不需要再使用CAS在进行操作。
一旦有第二个线程访问这个对象，因为偏向锁不会主动释放，所以第二个线程可以看到对象时偏向状态，这时表明在这个对象上已经存在竞争了，检查原来持有该对象锁的线程是否依然存活，如果挂了，则可以将对象变为无锁状态，然后重新偏向新的线程，如果原来的线程依然存活，则马上执行那个线程的操作栈，检查该对象的使用情况，如果仍然需要持有偏向锁，则偏向锁升级为轻量级锁，（ 偏向锁就是这个时候升级为轻量级锁的）。如果不存在使用了，则可以将对象回复成无锁状态，然后重新偏向。
轻量级锁认为竞争存在，但是竞争的程度很轻，一般两个线程对于同一个锁的操作都会错开，或者说稍微等待一下（自旋），另一个线程就会释放锁。 但是当自旋超过一定的次数，或者一个线程在持有锁，一个在自旋，又有第三个来访时，轻量级锁膨胀为重量级锁，重量级锁使除了拥有锁的线程以外的线程都阻塞，防止CPU空转。

一个锁对象刚刚开始创建的时候，没有任何线程来访问它，它是可偏向的，它现在认为只可能有一个线程来访问它，所以当第一个线程来访问他的时候，它会偏向这个线程。此时线程状态为无锁状态，锁标志位为 01，此时 Mark Word 如下图：：

java 锁膨胀机制 锁膨胀的过程_Word_02

 当一个线程（线程 A）来获取锁的时，会首先检查所标志位，此时锁标志位为 01，然后检查是否为偏向锁，此时不为偏向锁，所以当前线程会修改对象头状态为偏向锁，同时将对象头中的 ThreadID 改成自己的 Thread ID，此时 Mark Word 如下图：

java 锁膨胀机制 锁膨胀的过程_并发编程_03

如果再有一个线程（线程 B）过来，此时锁状态为偏向锁，该线程会检查 Mark Word 中记录的线程 ID 是否为自己的线程 ID，如果是，则获取偏向锁，执行同步代码块。如果不是，则利用 CAS 尝试替换 Mark Word 中的 Thread ID，成功，表示该线程（线程 B）获取偏向锁，执行同步代码块，此时 Mark Word 如下图：

java 锁膨胀机制 锁膨胀的过程_同步代码块_04

如果失败，则表明当前环境存在锁竞争情况，则执行偏向锁的撤销工作（这里有一点需要注意的是：偏向锁的释放并不是主动，而是被动的，什么意思呢？就是说持有偏向锁的线程执行完同步代码后不会主动释放偏向锁，而是等待其他线程来竞争才会释放锁）。撤销偏向锁的操作需要等到全局安全点才会执行，然后暂停持有偏向锁的线程，同时检查该线程的状态，如果该线程不处于活动状态或者已经退出同步代码块，则设置为无锁状态（线程 ID 为空，是否为偏向锁为 0 ，锁标志位为01）重新偏向，同时恢复该线程。若该线程活着，则会遍历该线程栈帧中的锁记录，检查锁记录的使用情况，如果仍然需要持有偏向锁，则撤销偏向锁，升级为轻量级锁。

在升级为轻量级锁之前，持有偏向锁的线程（线程 A）是暂停的，JVM 首先会在原持有偏向锁的线程（线程 A）的栈中创建一个名为锁记录的空间（Lock Record），用于存放锁对象目前的 Mark Word 的拷贝，然后拷贝对象头中的 Mark Word 到原持有偏向锁的线程（线程 A）的锁记录中（官方称之为 Displaced Mark Word ），这时线程 A 获取轻量级锁，此时 Mark Word 的锁标志位为 00，指向锁记录的指针指向线程 A 的锁记录地址，如下图：  

java 锁膨胀机制 锁膨胀的过程_同步代码块_05

当原持有偏向锁的线程（线程 A）获取轻量级锁后，JVM 唤醒线程 A，线程 A 执行同步代码块，执行完成后，开始轻量级锁的释放过程。

对于其他线程而言，也会在栈帧中建立锁记录，存储锁对象目前的 Mark Word 的拷贝。JVM 利用 CAS 操作尝试将锁对象的 Mark Word 更正指向当前线程的 Lock Record，如果成功，表明竞争到锁，则执行同步代码块，如果失败，那么线程尝试使用自旋的方式来等待持有轻量级锁的线程释放锁。当然，它不会一直自旋下去，因为自旋的过程也会消耗 CPU，而是自旋一定的次数，如果自旋了一定次数后还是失败，则升级为重量级锁，阻塞所有未获取锁的线程，等待释放锁后唤醒。

 

轻量级锁的释放，会使用 CAS 操作将 Displaced Mark Word 替换到对象头中，成功，则表示没有发生竞争，直接释放。如果失败，表明锁对象存在竞争关系，这时会轻量级锁会升级为重量级锁，然后释放锁，唤醒被挂起的线程，开始新一轮锁竞争，注意这个时候的锁是重量级锁。

 

学习链接：


https://github.com/farmerjohngit/myblog/issues/8

AbstractQueuedSynchronizer的介绍和原理分析:http://ifeve.com/introduce-abstractqueuedsynchronizer/

AQS 原理以及 AQS 同步组件总结:https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=Mzg2OTA0Njk0OA==&mid=2247484832&idx=1&sn=f902febd050eac59d67fc0804d7e1ad5&source=41#wechat_redirect