前提知識—Java對象頭（Mark Word）
鎖的優化
偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖三者各自的應用場景
- 偏向鎖：只有一個線程進入臨界區
- 輕量級鎖：多個線程交替進入臨界區
- 重量級鎖：多個線程同時進入臨界區
偏向鎖、輕量級鎖都是JVM引入的鎖優化手段，目的是降低線程同步的開銷。比如以下的同步代碼塊：
synchronized (lockObject) {
// do something
}
上述同步代碼塊中存在一個臨界區，假設當前存在Thread#1和Thread#2這兩個用戶線程，分三種情況來討論：
情況一：只有Thread#1會進入臨界區；
情況二：Thread#1和Thread#2交替進入臨界區；
情況三：Thread#1和Thread#2同時進入臨界區。
情況一
上述的情況一是偏向鎖的適用場景，此時當Thread#1進入臨界區時，JVM會將lockObject的對象頭Mark Word的鎖標誌位設爲“1 01”，同時會用CAS操作把Thread#1的線程ID記錄到Mark Word中，此時進入偏向模式。所謂“偏向”，指的是這個鎖會偏向於Thread#1，若接下來沒有其他線程進入臨界區，則Thread#1再出入臨界區無需再執行任何同步操作。也就是說，若只有Thread#1會進入臨界區，實際上只有Thread#1初次進入臨界區時需要執行CAS操作，以後再出入臨界區都不會有同步操作帶來的開銷（只需要比較對象頭Mark Word中線程ID是否爲Thread#1）。
情況二
然而情況一是一個比較理想的情況，更多時候Thread#2也會嘗試進入臨界區。若Thread#2嘗試進入時：
在Thread#1已退出臨界區的情況（Thread#1不會主動去釋放偏向鎖），這時Thread#2發現Mark Word的線程ID並不是自己，說明偏向鎖上發生了競爭（對應情況二），此時會撤銷偏向，Mark Word中不再存放偏向線程ID，而是存放hashCode和GC分代年齡，同時鎖對象標識位變爲“0 01”（表示未鎖定）。
這時Thread#2會來獲取lockObject的輕量級鎖，因爲此時Thread#1和Thread#2交替進入臨界區，所以偏向鎖無法滿足需求，需要膨脹到輕量級鎖。
虛擬機在當前線程Thread#2的虛擬機棧中創建 Lock Record（棧中鎖記錄），Lock Record用來保存Mark Word的拷貝，然後使用CAS 操作將lockObject的 Mark Word 更新爲 指向Lock Record 的指針。如果 CAS操作成功了，那麼線程就獲取了該對象上的鎖，並且將lockObject的 Mark Word 的鎖標記變爲 00，表示該對象處於輕量級鎖狀態（輕量級鎖只能向上升級爲重量級鎖,或者直接解鎖）。
Thread#2在退出臨界區時（即同步完成）會通過CAS操作嘗試將Mark Word的內容恢復(即解鎖回到未鎖定，但不可偏向的的鎖狀態“0 01”），會出現下面兩種情況：
Mark Word中的Lock Record指針並不指向Thread#2虛擬機棧的Lock Record，說明發生了競爭，CAS失敗，輕量級鎖膨脹爲重量級鎖（即情況3）Mark Word中的Lock Record指針指向Thread#2虛擬機棧的Lock Record，順利解鎖，Thread#1進入臨界區的時候就可以順利獲取輕量級鎖。
![]()
輕量級鎖CAS操作之前堆棧與對象的狀態
![]()
輕量級鎖CAS操作之後堆棧與對象的狀態
情況三
若一直是Thread#1和Thread#2交替進入臨界區，那麼沒有問題，輕量鎖hold得住。一旦在輕量級鎖上發生競爭，即出現“Thread#1和Thread#2同時進入臨界區”的情況，輕量級鎖就hold不住了。 需要使用互斥量來確保同步。
重量級鎖、輕量級鎖和偏向鎖之間轉換
該圖主要是對上述內容的總結，如果對上述內容有較好的瞭解的話，該圖應該很容易看懂。
Java 併發編程（一）Volatile原理剖析及使用
Java 併發編程（二）Synchronized原理剖析及使用
Java 併發編程（三）Synchronized底層優化(偏向鎖與輕量級鎖)
Java 併發編程（四）JVM中鎖的優化
Java 併發編程（五）原子操作類