锁的实现。mutex，semaphore和barrier是什么？重量级锁，轻量级锁和偏向锁的区别？
开始
今天，我们继续来聊java中的各种锁。
锁
锁的实现
我们先来聊聊锁的实现。当然，不会聊的很具体，但是，通过在思维链路中构建这样一个框架，可以帮助更好的理解Java中的各种锁。
要实现锁，我们大致要解决以下4个问题：
1．谁拿了？换句话说，我们需要以某种方式来标记，当前是哪个线程拿到了某个资源的锁。
2．怎么拿？有多个线程在抢同一把锁，他们之间怎么竞争？应该让谁拿，不让谁拿？这是我们在构建锁时应该考虑的问题。
3．拿不到怎么办？既然是抢，那怎么有抢不到的时候。抢不到怎么办？继续等着还是罢工？这也需要我们去设计。
4．用完了怎么办？我们是有文化有修养的文明人。用完了是不是应该告诉别人一声呢？
想象一下排队等公厕的场景。基于文明建设的需要，这个例子就省略了。JVM为了实现锁，实现了一些相关的底层机制，如mutex，semaphore，barrier等。
semaphore
要想深入的理解这些底层机制，是一件很困难且复杂的事情，也不是本文的重点，所以，我们只是简单描述一下它们的基本原理和使用场景。
semaphore，信号量，它可能会有多个属性值，代表某个资源或资源集合，能接受线程的数量。什么意思？可以用停车场作类比。假设一个停车场，目前有10个空位，那么，其信号量就是10，代表门口的保安可以放10辆车进去。每当有车辆进或出时，信号量都会相应的增或减。
mutex
mutex相比semaphore来说，是一种更细化的机制。代表某个资源是否正在被某个线程所使用，1代表是，0代表否。线程在获取某资源的锁时，将mutex置为1，释放锁时，将mutex置为0。
还是以停车场为例，如果semaphore是整个停车场的信号量，那么mutex就是单个车位的信号量，对个某个车位来说，只有空或非空两种状态，所以mutex又叫互斥量。
barrier
程序在执行时，访问内存的顺序和代码中编写的访问顺序是不一致的。这个问题的产生一般有两个原因，一是程序为了优化而进行的指令重排，另一个是多CPU交互引起的内存乱序访问。
所以，有时候，我们为了保护我们设定的内存访问顺序，就有可能需要用到barrier。barrier，直译为屏障，事实上是一种内存屏障。它能保证，屏障后的指令不会因为各种原因被提到屏障前的。换句话，barrier保证了屏障前的指令的执行顺序，一定在屏障后的指令之前。
markword
JVM中，Java对象的数据结构中会包含一个称之为markword的字段，在32位和64位的机器中分别占用32bit和64bit（未开启压缩指针）。这个字段用于存储当前对象的状态。
注意这个表格中跟锁相关的内容，我们发现有三种，分别是轻量级锁，重量级锁和偏向锁。
自旋锁
自旋锁我们之前聊过，它其实本质上来说，并不是一个锁，只是线程通过执行空代码的方式在等待。这种方式只适用于乐观锁的情况，在悲观锁的情况下，资源竞争激烈，可能存在很多线程都在不断的等待。此时，自旋的消耗会比线程挂起的消耗还要大。就不适合使用自旋了。
重量级锁
重量级锁的底层实现机制就是mutex，即使用了资源对象上的互斥量。synchronized就是典型的重量级锁的实现。这种锁的机制，可以最大力量的保证同步，但是，也需要消耗最多的资源。
轻量级锁
重量级锁的开销是很大的。但是，实际在程序的运行中，很多场景下，绝大多数时候没有实际的锁竞争，此时，如果去使用重量级锁，是没有意义的，还是造成资源的浪费。所以，轻量级的做法是，将MarkWord中的部分字节CAS更新指向线程栈中的LockRecord，如果更新成功，则轻量级锁获取成功，记录锁状态为轻量级锁；否则，说明已经有线程获得了轻量级锁，目前发生了锁竞争（不适合继续使用轻量级锁），接下来膨胀为重量级锁。
偏向锁
在没有实际竞争的情况下，事实上，还可以针对轻量级锁继续优化。因为在实际使用时，发现对某个资源加锁的，通常都是同一个线程。于是，就有了偏向锁。
“偏向”的意思是，偏向锁假定将来只有第一个申请锁的线程会使用锁（不会有任何线程再来申请锁），因此，只需要在MarkWord中CAS记录owner（本质上也是更新，但初始值为空），如果记录成功，则偏向锁获取成功，记录锁状态为偏向锁，以后当前线程等于owner就可以零成本的直接获得锁；否则，说明有其他线程竞争，膨胀为轻量级锁。
