java中每個物件都可作為鎖，鎖有四種級別，按照量級從輕到重分為：無鎖、偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖。每個物件一開始都是無鎖的，隨著執行緒間爭奪鎖，越激烈，鎖的級別越高，並且鎖只能升級不能降級。

一、java物件頭

 鎖的實現機制與java物件頭息息相關，鎖的所有資訊，都記錄在java的物件頭中。用2字（32位JVM中1字=32bit=4baye）儲存物件頭，如果是陣列型別使用3字儲存（還需儲存陣列長度）。物件頭中記錄了hash值、GC年齡、鎖的狀態、執行緒擁有者、類元資料的指標。

二、偏向鎖

 在實際應用執行過程中發現，“鎖總是同一個執行緒持有，很少發生競爭”，也就是說鎖總是被第一個佔用他的執行緒擁有，這個執行緒就是鎖的偏向執行緒。

 那麼只需要在鎖第一次被擁有的時候，記錄下偏向執行緒ID。這樣偏向執行緒就一直持有著鎖，直到競爭發生才釋放鎖。以後每次同步，檢查鎖的偏向執行緒ID與當前執行緒ID是否一致，如果一致直接進入同步，退出同步也，無需每次加鎖解鎖都去CAS更新物件頭，如果不一致意味著發生了競爭，鎖已經不是總是偏向於同一個執行緒了，這時候需要鎖膨脹為輕量級鎖，才能保證執行緒間公平競爭鎖。

1.加鎖

 
偏向鎖加鎖發生在偏向執行緒第一次進入同步塊時，CAS原子操作嘗試更新物件的Mark Word（偏向鎖標誌位為”1”，記錄偏向執行緒的ID）。

2.撤銷偏向鎖

 當有另一個執行緒來競爭鎖的時候，就不能再使用偏向鎖了，要膨脹為輕量級鎖。
競爭執行緒嘗試CAS更新物件頭失敗，會等待到全域性安全點（此時不會執行任何程式碼）撤銷偏向鎖。

三、輕量級鎖

 輕量鎖與偏向鎖不同的是：
1. 輕量級鎖每次退出同步塊都需要釋放鎖，而偏向鎖是在競爭發生時才釋放鎖
2. 每次進入退出同步塊都需要CAS更新物件頭
3. 爭奪輕量級鎖失敗時，自旋嘗試搶佔鎖

 可以看到輕量鎖適合在競爭情況下使用，其自旋鎖可以保證響應速度快，但自旋操作會佔用CPU，所以一些計算時間長的操作不適合使用輕量級鎖。

1.加鎖

 加鎖過程和偏向鎖加鎖差不多，也是CAS修改物件頭，只是修改的內容不同。
1. 在MarkWord中儲存當前執行緒的指標
2. 修改鎖標識位為“00”

 採用CAS操作的原因是，不想在加鎖解鎖上再加同步

 如果物件處於無鎖狀態（偏向鎖標誌位為”0”，鎖標誌位為”01”），會線上程的棧中開闢個鎖記錄空間（Lock Record），將Mark Word拷貝一份到Lock Record中，稱為Displaced Mark Word，在Lock Record中儲存物件頭的指標（owner）。
接下來CAS更新MarkWord，將MarkWord指向當前執行緒，owner指向MarkWord，如果失敗了，則意味著出現了另一個執行緒競爭鎖，此時需要鎖膨脹為輕量級鎖。

2.解鎖

 用CAS操作鎖置為無鎖狀態（偏向鎖位為”0”，鎖標識位為”01”），若CAS操作失敗則是出現了競爭，鎖已膨脹為重量級鎖了，此時需要釋放鎖（持有重量級鎖執行緒的指標位為”0”，鎖標識位為”10”）並喚醒重量鎖的執行緒。

3.膨脹為重量級鎖

 當競爭執行緒嘗試佔用輕量級鎖失敗多次之後，輕量級鎖就會膨脹為重量級鎖，重量級執行緒指標指向競爭執行緒，競爭執行緒也會阻塞，等待輕量級執行緒釋放鎖後喚醒他。

三、重量級鎖

 重量級鎖的加鎖、解鎖過程和輕量級鎖差不多，區別是：競爭失敗後，執行緒阻塞，釋放鎖後，喚醒阻塞的執行緒，不使用自旋鎖，不會那麼消耗CPU，所以重量級鎖適合用在同步塊執行時間長的情況下。

四、參考