JavaSE1.6爲了減少獲得鎖和釋放鎖帶來的性能消耗，引入了“偏向鎖”和“輕量級鎖”。
在JavaSE1.6中，鎖一共有4種狀態，級別從低到高依次是：無鎖狀態、偏向鎖狀態、輕量級鎖狀態和重量級鎖狀態，這幾個狀態會隨着競爭情況逐漸升級。
鎖可以升級但不能降級，意味着偏向鎖升級成輕量級鎖後不能降級成偏向鎖，重量級鎖也不能降級成輕量級鎖。這種鎖升級卻不能降級的策略，目的是爲了提高獲得鎖和釋放鎖的效率。
一、輕量級鎖
1.概述
輕量級鎖是JDK1.6之中加入的新型鎖機制，它的名字中的“輕量級”是相對於使用操作系統互斥量來實現的傳統鎖而言的，因此傳統的鎖機制就被稱爲“重量級鎖”。
2.目的
需要強調的一點是，輕量級鎖並不是用來代替重量級鎖的，它的本意是在沒有多線程競爭的前提下，減少傳統的衝量級鎖帶來的性能消耗。在無競爭的情況下使用CAS操作去消除同步使用的互斥量。
3.輕量級鎖加鎖
線程在執行同步塊之前，JVM會先在當前線程的棧楨中創建用於存儲鎖記錄的空間，並將對象頭中的Mark Word複製到鎖記錄中，官方稱爲Displaced Mark Word。然後線程嘗試使用CAS將對象頭中的Mark Word替換爲指向鎖記錄的指針。如果成功，當前線程獲得鎖，如果失敗，表示其他線程競爭鎖，當前線程便嘗試使用自旋來獲取鎖。
4.輕量級鎖解鎖
輕量級解鎖時，會使用原子的CAS操作來將Displaced Mark Word替換回到對象頭，如果成功，則表示沒有競爭發生。如果失敗，表示當前鎖存在競爭，鎖就會膨脹成重量級鎖。
下圖是輕量級加鎖解鎖流程圖
5.總結
輕量級鎖能提高程序同步性能的依據是“對於絕大部分的鎖，在整個同步週期內都是不存在競爭的”，這是一個經驗數據。如果沒有競爭，輕量級鎖使用CAS操作避免了使用互斥量的開銷，但如果存在鎖競爭，除了互斥量的開銷外，還額外發生了CAS操作，因此在有競爭的情況下，輕量級鎖會比傳統的重量級鎖更慢。
二、偏向級鎖
1.概述
Hotspot的作者經過以往的研究發現大多數情況下鎖不僅不存在多線程競爭，而且總是由同一線程多次獲得，爲了讓線程獲得鎖的代價更低而引入了偏向鎖。當一個線程訪問同步塊並獲取鎖時，會在對象頭和棧幀中的鎖記錄裏存儲鎖偏向的線程ID，以後該線程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對象頭的Mark Word裏是否存儲着指向當前線程的偏向鎖。
如果測試成功，表示線程已經獲得了鎖
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置成1（表示當前是偏向鎖），如果沒有設置，則使用CAS競爭鎖，如果設置了，則嘗試使用CAS將對象頭的偏向鎖指向當前線程。
偏的意思是這個鎖會偏向於第一個獲得它的線程，如果在接下來的執行過程中，該鎖沒有被其他的線程獲取，則持有偏向鎖的線程將永遠不需要再進行同步
2.意義
偏向鎖，它的目的是消除數據在無競爭的情況下的同步原語，進一步提高程序的運行性能。如果說輕量級鎖是在無競爭的情況下使用CAS操作去消除同步使用的互斥量，那偏向鎖就是在無競爭的情況下把整個同步都消除掉，連CAS操作都不做了。
3.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，所以當其他線程嘗試競爭偏向鎖時，持有偏向鎖的線程纔會釋放鎖。偏向鎖的撤銷，需要等待全局安全點（在這個時間點上沒有字節碼正在執行）
它會首先暫停擁有偏向鎖的線程，然後檢查持有偏向鎖的線程是否活着，如果線程不處於活動狀態，則將對象頭設置成無鎖狀態，如果線程仍然活着，擁有偏向鎖的棧會被執行，遍歷偏向對象的鎖記錄，棧中的鎖記錄和對象頭的Mark Word要麼重新偏向於其他線程，要麼恢復到無鎖或者標記對象不適合作爲偏向鎖，最後喚醒暫停的線程。
下圖爲偏向鎖的添加和撤銷流程：
4.關閉偏向鎖
偏向鎖在Java 6和Java 7裏是默認啓用的，但是它在應用程序啓動幾秒鐘之後才激活，如有必要可以使用JVM參數來關閉延遲-XX：BiasedLockingStartupDelay = 0。如果你確定自己應用程序裏所有的鎖通常情況下處於競爭狀態，可以通過JVM參數關閉偏向鎖-XX:-UseBiasedLocking=false，那麼默認會進入輕量級鎖狀態。
5.總結
偏向鎖可以提高帶有同步但無競爭的程序性能。如果程序中大多數的鎖總是被多個不同的線程訪問，那偏向模式就是多餘的。在具體情形分析下，禁止偏向鎖優反而可能提升性能。
三、重量級鎖、輕量級鎖和偏向鎖之間轉換
四、鎖的優缺點對比
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鎖 |
優點 |
缺點 |
適用場景 |
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偏向鎖 |
加鎖和解鎖不需要額外的消耗，和執行非同步方法比僅存在納秒級的差距。 |
如果線程間存在鎖競爭，會帶來額外的鎖撤銷的消耗。 |
適用於只有一個線程訪問同步塊場景。 |
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輕量級鎖 |
競爭的線程不會阻塞，提高了程序的響應速度。 |
如果始終得不到鎖競爭的線程使用自旋會消耗CPU。 |
追求響應時間。 同步塊執行速度非常快。 |
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重量級鎖 |
線程競爭不使用自旋，不會消耗CPU。 |
線程阻塞，響應時間緩慢。 |
追求吞吐量。 同步塊執行速度較長。 |
參考：
https://blog.csdn.net/noble510520/article/details/78834224
《深入理解JVM虛擬機》
《Java併發編程的藝術》