目录
- sychronize有几种锁
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- 无锁
- 偏向锁
- 轻量级锁/自旋锁
- 重量级锁
- 锁升级状态
- 总结
- 参考
sychronize有几种锁
sychronize
1.6之前，只存在重量级锁，也就是一个线程拿到锁之后，其他没有拿到锁的线程只能阻塞。
1.6之后，新加了偏向锁和轻量级锁（自旋锁）。
首先附上一张HotSpot虚拟机对象头Mark Word
HotSpot虚拟机对象的对象头部分包括两类信息。第一类是用于存储对象自身的运行时数据，如哈希码（HashCode）、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等，这部分数据的长度在32位和64位的虚拟机（未开启压缩指针）中分别为32个比特和64个比特，官方称它为“Mark Word”。对象需要存储的运行时数据很多，其实已经超出了32、64位Bitmap结构所能记录的最大限度，但对象头里的信息是与对象自身定义的数据无关的额外存储成本，考虑到虚拟机的空间效率，Mark Word被设计成一个有着动态定义的数据结构，以便在极小的空间内存储尽量多的数据，根据对象的状态复用自己的存储空间。例如在32位的HotSpot虚拟机中，如对象未被同步锁锁定的状态下，Mark Word的32个比特存储空间中的25个比特用于存储对象哈希码，4个比特用于存储对象分代年龄，2个比特用于存储锁标志位，1个比特固定为0，在其他状态（轻量级锁定、重量级锁定、GC标记、可偏向）如下图所示：
无锁
无锁是指没有对资源进行锁定，所有的线程都能访问并修改同一个资源，但同时只有一个线程能修改成功。
也就是说，理想情况下，所有获取锁的线程都能够在第一次尝试的时候就成功，也就是没有真正发生竞争，此时，sychronized不会真正的加锁。
实际上不是这样。当对象刚被new出来的时候，没有线程进行访问，此时是无锁状态，一旦有线程来访问，其实第一个线程会加偏向锁。或者偏向锁撤销 对象头中的mark word 是空的时候 也是无锁状态。
也就是不存在多个线程访问，互相不冲突，大家维持友好的无锁状态这种事。
偏向锁
偏向锁是指当一段同步代码一直被同一个线程所访问时，即不存在多个线程的竞争时，那么该线程在后续访问时便会自动获得锁，从而降低获取锁带来的消耗，即提高性能。
目的是消除数据在无竞争情况下的同步原语，进一步提高程序的运行性能。
也就是说，此时也没有发生真正的竞争，可以理解为不存在第二个线程来获取锁，当对象被第一个线程访问，当锁对象第一次被线程获取的时候，虚拟机会把对象头中的标志位设为01、把偏向模式设置为1，表示进入偏向模式。同时使用CAS操作把获取到这个锁的线程的ID记录在对象的Mark Word中，如果CAS操作成功，持有偏向锁的线程以后每次进入这个锁相关的同步块时。虚拟机都可以不再进行任何同步操作（例如加锁、解锁以及对Mark Word的更新操作等）。
轻量级锁/自旋锁
轻量级锁是指当锁是偏向锁的时候，却被另外的线程所访问，此时偏向锁就会升级为轻量级锁，其他线程会通过自旋（关于自旋的介绍见文末）的形式尝试获取锁，线程不会阻塞，从而提高性能。
轻量级锁的获取主要由两种情况：① 当关闭偏向锁功能时；② 由于多个线程竞争偏向锁导致偏向锁升级为轻量级锁。
它设计的初衷是在没有多线程竞争的前提下，减少传统的重量级锁使用操作系统互斥量产生的性能消耗。
也就是说，一旦发生了两个线程同时获取一把锁的情况，偏向锁就不合适了，会升级成轻量级锁，之所以称之为“轻量”，是因为其他没有获取到锁的线程并不会进入阻塞状态，而是会进入“自旋”，其实就是进入循环，循环内会尝试继续获取锁。
可以看一下偏向锁到轻量级锁的升级过程
- 在代码即将进入同步块的时候，如果此同步对象没有被锁定（锁标志位为01状态），虚拟机首先将在当前线程的栈帧中建立一个名为锁记录的空间，用于存储锁对象目前的Mark Word拷贝（官方为这份拷贝加了个前缀Displaced）。
- 然后虚拟机将使用CAS操作尝试把对象的Mark Word更新为指向Lock Record的指针。如果这个更新动作成功了，即代表该线程拥有了这个对象的锁，并且对象Mark Word的锁标志位（Mark Word的最后两个比特）将转变为00，表示此对象处于轻量级锁定状态。
- 如果这个操作失败了，那就意味着至少存在一条线程与当前线程竞争获取该对象的锁。虚拟机首先会检查对象的Mark Word是否指向当前线程的栈帧。如果是，说明当前线程已经拥有了这个对象的锁，那直接进入同步块继续执行就可以了，否则就说明这个锁对象已经被其他线程抢占了。当前线程会进行自旋。
- 如果出现两条以上的线程争用同一个锁，或者当前线程自旋失败（尝试到一定次数，默认10次）的情况，那轻量级锁就不再有效，必须要膨胀为重量级锁，锁标志的状态值变为10，此时Mark Word中存储的就是指向重量级锁监视器ObjectMonitor（互斥量）的指针，后面等待锁的线程也必须进入阻塞状态。
重量级锁
重量级锁是指当有一个线程获取锁之后，其余所有等待获取该锁的线程都会处于阻塞状态。
重量级锁通过对象内部的监视器（monitor）实现，而其中 monitor 的本质是依赖于底层操作系统的 Mutex Lock 实现，操作系统实现线程之间的切换需要从用户态切换到内核态，切换成本非常高。
简而言之，重量级锁和我们平常使用的lock区别不大，一旦有一个线程获取到了锁，其他没有获取到锁的线程都只能进入阻塞状态排队。
锁升级状态
所以，锁升级有两条线路：
- 偏向锁打开的情况下，当对象被new出来，此时是无锁，当第一个线程来访问并获取锁的时候，加一个偏向锁，如果在第一个线程持有偏向锁期间，有其他的线程也来获取锁，那么此时升级为轻量级锁，如果竞争比较激烈，比如自旋的线程尝试多次仍旧获取不到锁，就有可能升级为重量级锁。也就是无锁→偏向锁→轻量级锁→重量级锁
- 偏向锁关闭的情况下，当对象被new出来，此时是无锁，当第一个线程来访问，直接就加轻量级锁，如果竞争比较激烈，比如自旋的线程尝试多次仍旧获取不到锁，就有可能升级为重量级锁。也就是无锁→轻量级锁→重量级锁
总结
以上是我的思考，有不对的地方欢迎大家指出（我觉得肯定有不对的地方，可是现阶段我就是这么理解的，希望大家积极指出），感谢大家帮助我提高。
参考
synchronized与锁升级(示例代码)
synchronized四种锁状态的升级