偏向锁、轻量级锁、自旋锁、重量级锁
参考：https://www.jianshu.com/p/36eedeb3f912，https://www.cnblogs.com/mingyao123/p/7424911.html
锁的重量级别是：偏向锁-> 轻量级锁、自旋锁-> 重量级锁
偏向锁
偏向锁的目标是，减少无竞争且只有一个线程使用锁的情况下，使用轻量级锁产生的性能消耗。轻量级锁每次申请、释放锁都至少需要一次CAS，但偏向锁只有初始化时需要一次CAS
“偏向”的意思是，偏向锁假定将来只有第一个申请锁的线程会使用锁（不会有任何线程再来申请锁），因此，只需要在Mark Word中CAS记录owner（本质上也是更新，但初始值为空），如果记录成功，则偏向锁获取成功，记录锁状态为偏向锁，以后当前线程等于owner就可以零成本的直接获得锁；否则，说明有其他线程竞争，膨胀为轻量级锁。
轻量级锁
轻量级锁的目标是，减少无实际竞争情况下，使用重量级锁产生的性能消耗
顾名思义，轻量级锁是相对于重量级锁而言的。使用轻量级锁时，不需要申请互斥量，仅仅将Mark Word中的部分字节CAS更新指向线程栈中的Lock Record，如果更新成功，则轻量级锁获取成功，记录锁状态为轻量级锁；否则，说明已经有线程获得了轻量级锁，目前发生了锁竞争（不适合继续使用轻量级锁），接下来膨胀为重量级锁。
自旋锁
首先，内核态与用户态的切换上不容易优化。但通过自旋锁，可以减少线程阻塞造成的线程切换（包括挂起线程和恢复线程）。
- 当前线程竞争锁失败时，打算阻塞自己
- 不直接阻塞自己，而是自旋（空等待，比如一个空的有限for循环）一会
- 在自旋的同时重新竞争锁
- 如果自旋结束前获得了锁，那么锁获取成功；否则，自旋结束后阻塞自己
“锁的持有时间比较短”这一条件可以放宽。实际上，只要锁竞争的时间比较短（比如线程1快释放锁的时候，线程2才会来竞争锁），就能够提高自旋获得锁的概率。这通常发生在锁持有时间长，但竞争不激烈的场景中。
缺点
- 单核处理器上，不存在实际的并行，当前线程不阻塞自己的话，旧owner就不能执行，锁永远不会释放，此时不管自旋多久都是浪费；进而，如果线程多而处理器少，自旋也会造成不少无谓的浪费。
- 自旋锁要占用CPU，如果是计算密集型任务，这一优化通常得不偿失，减少锁的使用是更好的选择。
- 如果锁竞争的时间比较长，那么自旋通常不能获得锁，白白浪费了自旋占用的CPU时间。这通常发生在锁持有时间长，且竞争激烈的场景中，此时应主动禁用自旋锁。
使用-XX:-UseSpinning参数关闭自旋锁优化；-XX:PreBlockSpin参数修改默认的自旋次数。
自适应自旋锁
自适应意味着自旋的时间不再固定了，而是由前一次在同一个锁上的自旋时间及锁的拥有者的状态来决定：
- 如果在同一个锁对象上，自旋等待刚刚成功获得过锁，并且持有锁的线程正在运行中，那么虚拟机就会认为这次自旋也很有可能再次成功，进而它将允许自旋等待持续相对更长的时间，比如100个循环。
- 相反的，如果对于某个锁，自旋很少成功获得过，那在以后要获取这个锁时将可能减少自旋时间甚至省略自旋过程，以避免浪费处理器资源。
重量级锁
内置锁是JVM提供的最便捷的线程同步工具，在代码块或方法声明上添加synchronized关键字即可使用内置锁。使用内置锁能够简化并发模型。
内置锁在Java中被抽象为监视器锁（monitor）。在JDK 1.6之前，监视器锁可以认为直接对应底层操作系统中的互斥量（mutex）。这种同步方式的成本非常高，包括系统调用引起的内核态与用户态切换、线程阻塞造成的线程切换等。因此，后来称这种锁为“重量级锁”。
锁消除
消除锁是虚拟机另外一种锁的优化，这种优化更彻底，Java虚拟机在JIT编译时(可以简单理解为当某段代码即将第一次被执行时进行编译，又称即时编译)，通过对运行上下文的扫描，去除不可能存在共享资源竞争的锁，通过这种方式消除没有必要的锁，可以节省毫无意义的请求锁时间，如下StringBuffer的append是一个同步方法，但是在add方法中的StringBuffer属于一个局部变量，并且不会被其他线程所使用，因此StringBuffer不可能存在共享资源竞争的情景，JVM会自动将其锁消除。
1 public class StringBufferRemoveSync { 2 3 public void add(String str1, String str2) { 4 //StringBuffer是线程安全,由于sb只会在append方法中使用,不可能被其他线程引用 5 //因此sb属于不可能共享的资源,JVM会自动消除内部的锁 6 StringBuffer sb = new StringBuffer(); 7 sb.append(str1).append(str2); 8 } 9 10 public static void main(String[] args) { 11 StringBufferRemoveSync rmsync = new StringBufferRemoveSync(); 12 for (int i = 0; i < 10000000; i++) { 13 rmsync.add("abc", "123"); 14 } 15 } 16 17 }
synchronize的可重入性：
从互斥锁的设计上来说，当一个线程试图操作一个由其他线程持有的对象锁的临界资源时，将会处于阻塞状态，但当一个线程再次请求自己持有对象锁的临界资源时，这种情况属于重入锁，请求将会成功，在java中synchronized是基于原子性的内部锁机制，是可重入的，因此在一个线程调用synchronized方法的同时在其方法体内部调用该对象另一个synchronized方法，也就是说一个线程得到一个对象锁后再次请求该对象锁，是允许的，这就是synchronized的可重入性。
偏向锁的获取、膨胀和释放
1. 偏向锁是一种乐观锁
2. 新new出的对象具有偏向性
3. 第一个线程来访问，新对象就偏向该线程
4. 对象持有偏向锁。
5. CAS操作，对象头中ThreadId指向线程ID。
6. 第一个线程重入时候，只需要对比ID，不需要CAS操作。
7. 第二个线程，检测到对象持有偏向锁，同时检测第一个线程的状态是否存活。注意：偏向锁，不会主动释放。等到某个安全点，如GC安全位置，就会暂停原线程，检测原线程状态。
8. 第一个线程还存活，并持有对象，这个时候偏向锁升级为轻量级锁及偏向锁膨胀的过程。
9. 如果第一个线程已经不存在，第二个线程会把对象置位无锁状态，重新偏向第二个线程。 注意： 两个线程的情况也可能继续为偏向锁。
参考：http://m.sohu.com/a/331159262_120210224
拓展：第7点中，当前线程如何检测之前拥有锁的线程是否存活？
上图原文地址：https://juejin.im/post/5bfe6eafe51d4524f35d04d1
