各类锁的对比及实现原理
2.1 什么是锁
Java中的每一个对象都可以作为锁。具体表现为以下3种形式：
- 对于普通同步方法，锁是当前实例对象。
- 对于静态同步方法，锁是当前类的 Class对象
- 对于同步方法块，锁是 Synchonized括号里配置的对象。
当一个线程试图访问同步代码块时，它首先必须得到锁，退出或抛出异常时必须释放锁那么锁到底存在哪里呢？锁里面会存储什么信息呢？
JVM基于进入和退出 Monitor对象来实现方法同步和代码块同步，但两者的实现细节不一样。代码块同步是使用 monitorenter和 monitorexit指令实现的，方法同步类似于代码块同步。
monitorenter指令是在编译后插入到同步代码块的开始位置，而 monitorexit是插入到方法结束处和异常处，JVM要保证每个 monitorenter必须有对应的 monitorexit-与之配对。任何对象都有一个 monitor与之关联，当一个对象的monitor被持有后，该对象将处于锁定状态。线程执行到 monitorenter指令时，将会尝试获取对象所对应的 monitor的所有权，即尝试获得对象的锁。
2.2 Java对象头
synchronized用的锁是存在Java对象头里的。
如果对象是数组类型，则虚拟机用3个字宽（Word）存储对象头，如果对象是非数组类型，则用2字宽存储对象头。在32位虚拟机中，1字宽等于4字节，即32bit，如表2-2所示。
Java对象头里的 Mark Word里默认存储对象的 HashCode、分代年龄和锁标记位。32位JVM的 Mark Word的默认存储结构，如下表所示：
Mark Word存储结构
在运行期间，Mark Word里存储的数据会随着锁标志位的变化而变化。Mark word可能变化为存储以下4种数据，如表2-4所示：
在64位虚拟机下，Mark Word是64bi大小的，其存储结构如表2-5所示：
2.3 各类锁的比对
为了减少获得锁和释放锁带来的性能消耗，引入了偏向锁和轻量级锁，在Java se1.6中，锁一共有4种状态，级别从低到高依次是：无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态和重量级锁状态，这几个状态会随着竞争情况逐渐升级。锁可以升级但不能降级，意味着偏向锁升级成轻量级锁后不能降级成偏向锁。
2.3.1 偏向锁
什么是偏向锁
HotSpot的作者经过研究发现，大多数情况下，锁不仅不存在多线程竞争，而且总是由同线程多次获得，为了让线程获得锁的代价更低而引入了偏向锁。
当一个线程访问同步块并获取锁时，会在对象头和栈帧中的锁记录里存储锁偏向的线程ID，以后该线程在进入和退岀同步块时不需要进行CAS操作来加锁和解锁，只需简单地测试一下对象头的 Mark Word里是否存储着指向当前线程的偏向锁。
如果测试成功，表示线程已经获得了锁。
如果测试失败，则需要再测试一下 Mark word中偏向锁的标识是否设置成1（表示当前是偏向锁）
如果没有设置，则使用CAS竞争锁；
如果设置了，则尝试使用CAS将对象头的偏向锁指向当前线程。
偏向锁的撤销
当其他线程尝试竞争偏向锁时，持有偏向锁的线程才会释放锁。
偏向锁的撤销，需要等待全局安全点（在这个时间点上没有正在执行的字节码）。它会首先暂停拥有向锁的线程，然后检査持有偏向锁的线程是否活着。
如果线程不处于活动状态，则将对象头设置成无锁状态；
如果线程仍然活着，拥有偏向锁的栈会被执行，它会遍历偏向对象的锁记录，栈中的锁记录和对象头的 Mark Word要么重新偏向于其他线程，要么恢复到无锁或者标记对象不适合作为偏向锁，最后唤醒暂停的线程。
图2-1中的 线程1 演示了偏向锁初始化的流程，线程2 演示了偏向锁撤销的流程。
关闭偏向锁
偏向锁在Java6和Java7里是默认启用的，但是它在应用程序后动几秒钟之后才激活，如有必要可以使用JVM参数来关闭延迟：-XX：BiasedLockingStartup Delay=0。如果你确定应用程序里所有的锁通常情况下处于竞争状态，可以通过JM参数关闭偏向锁：-XX：Use Biasedlocking-false，那么程序默认会进入轻量级锁状态。
2.3.2 轻量级锁
轻量级锁加锁
线程在执行同步块之前，JVM会先在当前线程的栈桢中创建用于存储锁记录的空间，并将对象头中的 Mark word复制到锁记录中，官方称为 Displaced Mark Word，然后线程尝试使用CAS将对象头中的 Mark Word替换为指向锁记录的指针。如果成功，当前线程获得锁，如果失败，表示其他线程竞争锁，当前线程便尝试使用自旋来获取锁。
轻量级锁解锁
轻量级解锁时，会使用原子的CAS操作将 Displaced Mark Word替换回到对象头，如果成功，则表示没有竞争发生。如果失败，表示当前锁存在竞争，锁就会膨胀成重量级锁。
图2-2是两个线程同时争夺锁，导致锁膨胀的流程图。
因为自旋会消耗CPU，为了避免无用的自旋（比如获得锁的线程被阻塞住了），一旦锁升级成重量级锁，就不会再恢复到轻量级锁状态。当锁处于这个状态下，其他线程试图获取锁时，都会被阻塞住，当持有锁的线程释放锁之后会唤醒这些线程，被唤醒的线程就会进行新一轮的夺锁之争。
2.3.3 锁的对比
