什么是鎖升級(鎖膨脹)？
JVM優化synchronized的運行機制，當JVM檢測到不同的競爭狀態時，就會根據需要自動切換到合適的鎖，這種切換就是鎖的升級。升級是不可逆的，也就是說只能從低到高，也就是偏向-->輕量級-->重量級，不能夠降級
鎖級別：無鎖->偏向鎖->輕量級鎖->重量級鎖
java對象頭
synchronized用的鎖存在Java對象頭里，Java對象頭里的Mark Word默認存儲對象的HashCode、分代年齡和鎖標記位。在運行期間，Mark Word里存儲的數據會隨着鎖標志位的變化而變化。32位JVM的Mark Word可能變化存儲為以下5種數據：
CAS
compareAndSwap，比較並替換，是一種實現並發算法時常用到的技術CAS需要有3個操作數：內存地址V，舊的預期值A，即將要更新的目標值B；比如你要操作一個變量，他的值為A，你希望將他修改為B，這期間不會進行加鎖，當你在修改的時候，你發現值仍舊是A，然后將它修改為B，如果此時值被其他線程修改了，變成了C，那么將不會進行值B的寫入操作，這就是CAS的核心理論，通過這樣的操作可以實現邏輯上的一種“加鎖”，避免了真正去加鎖。
實例自增代碼：
public final int incrementAndGet() { for (; ; ) { //自旋 int current = get(); //舊值 int next = current + 1; //新值 if (compareAndSet(current, next)) //如果舊的預期值與內存中的值一致，那么將新值進行賦值，否則繼續自旋 return next; } }
偏向鎖
當一個線程訪問同步塊並獲取鎖時，會在對象頭和棧幀的鎖記錄里存儲偏向的線程ID，以后該線程在進入和退出同步塊時不需要進行CAS操作來加鎖和解鎖，只需測試Mark Word里線程ID是否為當前線程。如果測試成功，表示線程已經獲得了鎖。如果測試失敗，則需要判斷偏向鎖的標識。如果標識被設置為0（表示當前是無鎖狀態），則使用CAS競爭鎖；如果標識設置成1（表示當前是偏向鎖狀態），則嘗試使用CAS將對象頭的偏向鎖指向當前線程，觸發偏向鎖的撤銷。偏向鎖只有在競爭出現才會釋放鎖。當其他線程嘗試競爭偏向鎖時，程序到達全局安全點后（沒有正在執行的代碼），它會查看Java對象頭中記錄的線程是否存活，如果沒有存活，那么鎖對象被重置為無鎖狀態，其它線程可以競爭將其設置為偏向鎖；如果存活，那么立刻查找該線程的棧幀信息，如果還是需要繼續持有這個鎖對象，那么暫停當前線程，撤銷偏向鎖，升級為輕量級鎖，如果線程1不再使用該鎖對象，那么將鎖對象狀態設為無鎖狀態，重新偏向新的線程。
偏向鎖應用的場景是一個同步代碼塊只有一個線程頻繁訪問，使用偏向鎖，就不需要頻繁使用CAS獲取鎖和釋放鎖，只需要簡單判斷對象頭中記錄的偏向鎖的線程ID是否是當期線程的就可以了，所以偏向鎖在這種場景下可以大大提升效率。
輕量級鎖
線程在執行同步塊之前，JVM會先在當前線程的棧幀中創建用於存儲鎖記錄的空間，並將對象頭的MarkWord復制到鎖記錄中，即Displaced Mark Word。然后線程會嘗試使用CAS將對象頭中的Mark Word替換為指向鎖記錄的指針。如果成功，當前線程獲得鎖。如果失敗，表示其他線程在競爭鎖，當前線程使用自旋來獲取鎖。當自旋次數達到一定次數時，鎖就會升級為重量級鎖。
當線程存在競爭時，偏向鎖的效率就會降低，因為當多條線程競爭同一個偏向鎖時，會頻繁產生偏向鎖的撤銷，所以此時應該升級為輕量級鎖，輕量級鎖當線程競爭鎖失敗時，線程不會阻塞進入自旋，繼續獲取鎖，當競爭非常激烈時，持續自旋而獲取不到鎖會消耗大量CPU資源，此時就會升級為重量級鎖，重量級鎖當獲取鎖失敗線程會阻塞，重量級鎖的缺點是線程上下文會頻繁的切換。
synchronized優化-鎖消除
消除鎖是虛擬機另外一種鎖的優化，這種優化更徹底，Java虛擬機在JIT編譯時(可以簡單理解為當某段代碼即將第一次被執行時進行編譯，又稱即時編譯)，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，通過這種方式消除沒有必要的鎖，可以節省毫無意義的請求鎖時間，如下StringBuffer的append是一個同步方法，但是在add方法中的StringBuffer屬於一個局部變量，並且不會被其他線程所使用，因此StringBuffer不可能存在共享資源競爭的情景，JVM會自動將其鎖消除。