何為同步？JVM規範規定JVM基於進入和退出Monitor物件來實現方法同步和程式碼塊同步，但兩者的實現細節不一樣。程式碼塊同步是使用monitorenter和monitorexit指令實現，而方法同步是使用另外一種方式實現的，細節在JVM規範裡並沒有詳細說明，但是方法的同步同樣可以使用這兩個指令來實現。monitorenter指令是在編譯後插入到同步程式碼塊的開始位置，而monitorexit是插入到方法結束處和異常處， JVM要保證每個monitorenter必須有對應的monitorexit與之配對。任何物件都有一個 monitor 與之關聯，當且一個monitor 被持有後，它將處於鎖定狀態。執行緒執行到 monitorenter 指令時，將會嘗試獲取物件所對應的 monitor 的所有權，即嘗試獲得物件的鎖。

Java物件頭

鎖存在Java物件頭裡。如果物件是陣列型別，則虛擬機器用3個Word（字寬）儲存物件頭，如果物件是非陣列型別，則用2字寬儲存物件頭。在32位虛擬機器中，一字寬等於四位元組，即32bit。

Java物件頭裡的Mark Word裡預設儲存物件的HashCode，分代年齡和鎖標記位。32位JVM的Mark Word的預設儲存結構如下：

在執行期間Mark Word裡儲存的資料會隨著鎖標誌位的變化而變化。Mark Word可能變化為儲存以下4種資料：

幾種鎖的型別

執行緒的阻塞和喚醒需要CPU從使用者態轉為核心態，頻繁的阻塞和喚醒對CPU來說是一件負擔很重的工作。

Java SE1.6為了減少獲得鎖和釋放鎖所帶來的效能消耗，引入了“偏向鎖”和“輕量級鎖”，所以在Java SE1.6裡鎖一共有四種狀態，無鎖狀態，偏向鎖狀態，輕量級鎖狀態和重量級鎖狀態，它會隨著競爭情況逐漸升級。鎖可以升級但不能降級，意味著偏向鎖升級成輕量級鎖後不能降級成偏向鎖。這種鎖升級卻不能降級的策略，目的是為了提高獲得鎖和釋放鎖的效率。

偏向鎖

大多數情況下鎖不僅不存在多執行緒競爭，而且總是由同一執行緒多次獲得。偏向鎖的目的是在某個執行緒獲得鎖之後，消除這個執行緒鎖重入（CAS）的開銷，看起來讓這個執行緒得到了偏護。另外，JVM對那種會有多執行緒加鎖，但不存在鎖競爭的情況也做了優化，聽起來比較拗口，但在現實應用中確實是可能出現這種情況，因為執行緒之前除了互斥之外也可能發生同步關係，被同步的兩個執行緒（一前一後）對共享物件鎖的競爭很可能是沒有衝突的。對這種情況，JVM用一個epoch表示一個偏向鎖的時間戳（真實地生成一個時間戳代價還是蠻大的，因此這裡應當理解為一種類似時間戳的identifier）

偏向鎖的獲取

當一個執行緒訪問同步塊並獲取鎖時，會在物件頭和棧幀中的鎖記錄裡儲存鎖偏向的執行緒ID，以後該執行緒在進入和退出同步塊時不需要花費CAS操作來加鎖和解鎖，而只需簡單的測試一下物件頭的Mark Word裡是否儲存著指向當前執行緒的偏向鎖，如果測試成功，表示執行緒已經獲得了鎖，如果測試失敗，則需要再測試下Mark Word中偏向鎖的標識是否設定成1（表示當前是偏向鎖），如果沒有設定，則使用CAS競爭鎖，如果設定了，則嘗試使用CAS將物件頭的偏向鎖指向當前執行緒。

偏向鎖的撤銷

偏向鎖使用了一種等到競爭出現才釋放鎖的機制，所以當其他執行緒嘗試競爭偏向鎖時，持有偏向鎖的執行緒才會釋放鎖。偏向鎖的撤銷，需要等待全域性安全點（在這個時間點上沒有位元組碼正在執行），它會首先暫停擁有偏向鎖的執行緒，然後檢查持有偏向鎖的執行緒是否活著，如果執行緒不處於活動狀態，則將物件頭設定成無鎖狀態，如果執行緒仍然活著，擁有偏向鎖的棧會被執行，遍歷偏向物件的鎖記錄，棧中的鎖記錄和物件頭的Mark Word，要麼重新偏向於其他執行緒，要麼恢復到無鎖或者標記物件不適合作為偏向鎖，最後喚醒暫停的執行緒。

偏向鎖的設定

關閉偏向鎖：偏向鎖在Java 6和Java 7裡是預設啟用的，但是它在應用程式啟動幾秒鐘之後才啟用，如有必要可以使用JVM引數來關閉延遲-XX：BiasedLockingStartupDelay = 0。如果你確定自己應用程式裡所有的鎖通常情況下處於競爭狀態，可以通過JVM引數關閉偏向鎖-XX:-UseBiasedLocking=false，那麼預設會進入輕量級鎖狀態。

自旋鎖

執行緒的阻塞和喚醒需要CPU從使用者態轉為核心態，頻繁的阻塞和喚醒對CPU來說是一件負擔很重的工作。同時我們可以發現，很多物件鎖的鎖定狀態只會持續很短的一段時間，例如整數的自加操作，在很短的時間內阻塞並喚醒執行緒顯然不值得，為此引入了自旋鎖。

所謂“自旋”，就是讓執行緒去執行一個無意義的迴圈，迴圈結束後再去重新競爭鎖，如果競爭不到繼續迴圈，迴圈過程中執行緒會一直處於running狀態，但是基於JVM的執行緒排程，會出讓時間片，所以其他執行緒依舊有申請鎖和釋放鎖的機會。

自旋鎖省去了阻塞鎖的時間空間（佇列的維護等）開銷，但是長時間自旋就變成了“忙式等待”，忙式等待顯然還不如阻塞鎖。所以自旋的次數一般控制在一個範圍內，例如10,100等，在超出這個範圍後，自旋鎖會升級為阻塞鎖。

輕量級鎖

加鎖

執行緒在執行同步塊之前，JVM會先在當前執行緒的棧楨中建立用於儲存鎖記錄的空間，並將物件頭中的Mark Word複製到鎖記錄中，官方稱為Displaced Mark Word。然後執行緒嘗試使用CAS將物件頭中的Mark Word替換為指向鎖記錄的指標。如果成功，當前執行緒獲得鎖，如果失敗，則自旋獲取鎖，當自旋獲取鎖仍然失敗時，表示存在其他執行緒競爭鎖(兩條或兩條以上的執行緒競爭同一個鎖)，則輕量級鎖會膨脹成重量級鎖。

解鎖

輕量級解鎖時，會使用原子的CAS操作來將Displaced Mark Word替換回到物件頭，如果成功，則表示同步過程已完成。如果失敗，表示有其他執行緒嘗試過獲取該鎖，則要在釋放鎖的同時喚醒被掛起的執行緒。

重量級鎖

重量鎖在JVM中又叫物件監視器（Monitor），它很像C中的Mutex，除了具備Mutex(0|1)互斥的功能，它還負責實現了Semaphore(訊號量)的功能，也就是說它至少包含一個競爭鎖的佇列，和一個訊號阻塞佇列（wait佇列），前者負責做互斥，後一個用於做執行緒同步。

鎖的優缺點對比

（注：用作個人學習總結，轉載自https://www.cnblogs.com/wade-luffy/p/5969418.html）