理解鎖在Java虛擬機中的實現(xiàn)和優(yōu)化之前院崇，我們需要知道對象頭和鎖的關(guān)系嘁信。
在Java虛擬機的實現(xiàn)中每個對象都有一個對象頭尤蛮，用于保存對象的系統(tǒng)信息呐馆。對象頭中有一個稱為Mark Word的部分狞尔，
它是實現(xiàn)鎖的關(guān)鍵丛版，在32位系統(tǒng)中，Mark Word為32個比特位偏序，64位系統(tǒng)中页畦，為64個比特位。它是一個多功能的數(shù)據(jù)區(qū)研儒，
可以存放對象的哈希值豫缨，對象的年齡独令，鎖的指針等信息，一個對象是否占用鎖好芭，占用哪個鎖燃箭，就記錄在這個Mark Word中。
以32位系統(tǒng)為例舍败，普通對象的對象頭如下所示
hash:25 ----------------->| age:4 biased_lock:1 lock:2
它表示Mark Word中有25個比特位表示對象的哈希值招狸，4個比特位表示對象年齡，1個比特位表示是否為“偏向鎖”邻薯，2個比特位表示鎖的信息裙戏。
偏向鎖
偏向鎖是JDK 1.6 提出的一種鎖優(yōu)化方式。其核心思想是厕诡，如果程序沒有競爭累榜，則取消之前已經(jīng)取得鎖的線程同步操作。
也就說灵嫌，若某一鎖被線程獲取后壹罚，便進入偏向模式，當(dāng)線程再次請求這個鎖時醒第，無需進行相關(guān)的同步操作渔嚷，從而節(jié)省了操作時間。
如果在此之前有其他線程進行了鎖請求稠曼，則鎖退出偏向模式形病。
在JVM中使用-XX:+UseBiasedLocking可以設(shè)置啟用偏向鎖。
當(dāng)鎖對象處于偏向模式時霞幅，對象頭會記錄獲取鎖的線程
[JavaThread* | epoch | age | 1 | 10]
前23位表示持有偏向鎖的線程漠吻，后續(xù)2位表示偏向鎖的時間戳，4個比特位表示對象年齡司恳，
年齡后1位固定為1途乃， 表示偏向鎖，最后2位表示可偏向/未鎖定扔傅。
這樣耍共，當(dāng)該線程再次嘗試獲得鎖時，通過Mark Word的線程信息就可以判斷當(dāng)前線程是否持有偏向鎖猎塞。
偏向鎖在鎖競爭激烈的場合沒有太強的優(yōu)化效果试读，因為大量的競爭會導(dǎo)致持有鎖的線程不停地切換，鎖也很難一直保持在偏向模式荠耽，
此時钩骇，使用鎖偏向不僅得不到性能的優(yōu)化，反而有可能降低系統(tǒng)性能。
輕量級鎖
如果偏向鎖失敗倘屹，Java虛擬機會讓線程申請輕量級鎖银亲。
輕量級鎖在虛擬機內(nèi)部，使用一個稱謂BasicObjectLock的對象實現(xiàn)纽匙，這個對象內(nèi)部由一個BasicLock對象和一個持有該鎖的Java對象指針組成务蝠。
BasicObjectLock對象放置在Java棧的棧幀中。在BasicLock對象內(nèi)部還維護者displaced_header字段哄辣，他用于備份對象頭部的Mark Word请梢。
當(dāng)一個線程持有一個對象的鎖時，對象頭部Mark Word如下：
[prt | 00] locked
末尾兩位比特為00力穗，整個Mark Word為指向BasicLock對象的指針。
由于BasicObjectLock對象在線程棧中气嫁，因此該指針必然指向持有該鎖的線程椀贝埃空間。
當(dāng)需要判斷某一線程是否持有該對象鎖時寸宵，也只需簡單的判斷對象頭的指針是否在當(dāng)前線程的棧地址范圍即可崖面。
同時，BasicLock對象的displaced_header字段梯影，備份了元對象的Mark Word內(nèi)存巫员。BasicObjectLock對象的obj字段則指向該對象。
在虛擬機的實現(xiàn)中甲棍，有關(guān)輕量級加鎖的代碼實現(xiàn)可讀性較好简识，這里給出其核心實現(xiàn)代碼：
markOop mark = obj->mark();
lock->set_displaced_header(mark)
if (mark == (markOop) Atomic::cmpxchg_ptr(lock, _addr(), mark)){
TEVENT (slow_enter: release stacklock);
return;
}
首先， BasicLock通過set_displaced_header()方法備份了元對象的Mark Word感猛。 接著使用CAS操作七扰，嘗試將BasicLock的地址復(fù)制到對象頭的Mark Word。
如果復(fù)制成功陪白，那么加鎖成功颈走，否則認為加鎖失敗。如果加鎖失敗咱士，那么輕量級鎖就有可能被膨脹為重量級鎖立由。
鎖膨脹
當(dāng)輕量級鎖失敗，虛擬機就會使用重量級鎖序厉。在使用重量級鎖時锐膜，對象的Mark Word如下：
[prt | 10] monitor
末尾的2比特標(biāo)記位被置為10。整個Mark Word表示指向monitor對象的指針脂矫。
在輕量級鎖處理失敗后枣耀，虛擬機會執(zhí)行以下操作：
lock->set_displaced_header(markOopDesc::unused_mark());
ObjectSynchronizer::inflate(THREAD, obj()) -enter(THREAD);
第一步是廢棄前面BasicLock備份的對象頭信息，第二步則正式啟用重量級鎖。啟用過程分為兩步：
- 通過inflate方法進行鎖膨脹捞奕，其目的是獲得對象的ObjectMonitor
然后使用enter()方法嘗試進入該鎖 - 在enter()方法的調(diào)用中牺堰，線程很可能會在操作系統(tǒng)層面被掛起。如果這樣颅围，線程間切換和調(diào)度的成本就會比較高伟葫。
自旋鎖
鎖膨脹后，進入ObjectMonitor的enter()院促，線程很可能會在操作系統(tǒng)層面被掛起筏养，這樣線程上下文切換的性能損失就比較大。
因此常拓，在鎖膨脹后渐溶，虛擬機會做最后的爭取，希望線程可以盡快進入臨界區(qū)而避免被操作系統(tǒng)掛起弄抬。
一種較為有效的手段就是使用自旋鎖茎辐。
自旋鎖可以使線程在沒有取得鎖時，不被掛起掂恕，而轉(zhuǎn)而去執(zhí)行一個空循環(huán)(即所謂的自旋)拖陆，
在若干個空循環(huán)后，線程如果可以獲得鎖懊亡，則繼續(xù)執(zhí)行依啰。若線程依然不能獲得鎖烟具，才會被掛起斤程。
使用自旋鎖后，線程被掛起的幾率相對減少强霎，線程執(zhí)行的連貫性相對加強艰争。
因此坏瞄，對于那些鎖競爭不是很激烈，鎖占用時間很短的并發(fā)線程甩卓，具有一定的積極意義鸠匀，
但對于鎖競爭激烈，單線程鎖占用時間長的并發(fā)程序逾柿，自旋鎖在自旋等待后缀棍，往往依然無法獲得對應(yīng)的鎖，
不僅僅白白浪費了CPU時間机错，最終還是免不了執(zhí)行被掛起的操作爬范，反而浪費了系統(tǒng)資源。
在JDK 1.6 中弱匪，Java虛擬機提供-XX:+UseSpinning參數(shù)來開啟自旋鎖青瀑，使用-XX:PreBlockSpin參數(shù)來設(shè)置自旋鎖的等待次數(shù)。
在JDK 1.7中，自旋鎖的參數(shù)被取消斥难，虛擬機不再支持由用戶配置自旋鎖枝嘶。自旋鎖總是會執(zhí)行，自旋次數(shù)也由虛擬機自行調(diào)整哑诊。
鎖消除
鎖消除是Java虛擬機在JIT編譯時群扶，通過對運行上下文的掃描，去除不可能存在共享資源競爭的鎖镀裤。通過鎖消除竞阐，可以節(jié)省毫無意義的請求鎖時間。
鎖消除主要針對在Java開發(fā)過程中暑劝，開發(fā)人員必然會使用一些JDK內(nèi)置的API, 必然StringBuffer, Vector等骆莹。
這些常用的工具類可能會被大面積使用。雖然這些工具類本上可能有對應(yīng)的非線程安全版本担猛，必然StringBuilder, ArrayList等汪疮，
但是開發(fā)人員也很可能在完全沒有多少線程競爭的場合中使用它們。
在這種情況下毁习，這些工具類內(nèi)部的同步方法就是不必要的。虛擬機可以在運行時卖丸，基于逃逸分析技術(shù)纺且，捕獲這些不可能存在競爭，卻有申請鎖的代碼段稍浆，
并消除這些不必要的鎖载碌，從而提高系統(tǒng)性能。
逃逸分析和鎖消除分別可以使用參數(shù)-XX:+DoEscapeAnalysis和-XX:+EliminateLocks開啟（鎖消除必須工作在-server模式下
