Java中加鎖的最簡單方式就是加synchronized關鍵字，但它是一種重量級鎖，會涉及到操作系統狀態的切換影響效率，所以JDK1.6中對synchronized進行了各種優化，為了能減少獲取和釋放鎖帶來的消耗引入了偏向鎖和輕量鎖。
Synchronized 優化
鎖升級
在Java中鎖的狀態一共有四種，級別由低到高分別是：無鎖狀態、偏向鎖狀態、輕量級鎖狀態、重量級鎖狀態，這幾個狀態會隨着競爭情況逐漸升級。
1. 對象頭
在Java中鎖不是某一個具體的實物資源，而是對象上的某個標記，而這個標記就記錄在對象頭上。
Mark Word（對象頭）內部：
2. 無鎖
對象頭中有1bit來表示是否是偏向鎖，2bit存放鎖標志位，偏向鎖位與鎖標志位合起來“001”就代表無鎖。無鎖就是沒有對任何資源進行鎖定，所有線程都能訪問並修改資源。
3. 偏向鎖
對象頭中記錄了獲得偏向鎖的線程ID，偏向鎖與鎖標志位合起來“101”就代表偏向鎖。
為什么要引入偏向鎖？
有研究發現大多數時候是不存在鎖競爭的，常常是一個線程多次獲得同一個鎖，因此如果每次都要競爭鎖會增大很多沒有必要付出的代價，為了降低獲取鎖的代價，才引入的偏向鎖。
偏向鎖的升級
當線程訪問代碼塊並獲取鎖對象時，會將獲得鎖的線程ID寫入到鎖對象Mark Word中。當線程訪問資源結束后，不會主動釋放鎖。當線程再次需要訪問資源時，JVM就會通過Mark Word中記錄的線程ID判斷是否是當前線程，如果是就繼續訪問資源，無需使用CAS來加鎖、解鎖。
所以在沒有其他線程參與競爭時，鎖就一直偏向被當前線程持有，當前線程就可以一直占用資源或者執行代碼。
如果不一致，需要查看Mark Word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，那么立刻查找該記錄線程的棧幀信息
- 如果該記錄線程還需要繼續持有這個鎖對象，那么會撤銷偏向鎖，升級為輕量級鎖
- 如果該記錄線程不再使用該鎖對象，那么將鎖對象狀態設為無鎖狀態，重新偏向新的線程
4. 輕量級鎖(自旋鎖)
一旦有另外一個線程參與鎖競爭，偏向鎖就會升級為輕量級鎖(自旋鎖)，此時撤銷偏向鎖，鎖標志位變為“00”。
為什么要引入輕量級鎖？
輕量級鎖考慮的是競爭鎖對象的線程不多，而且線程持有鎖的時間也不長的情景。
因為阻塞線程需要CPU從用戶態轉到內核態，代價較大，如果剛剛阻塞不久這個鎖就被釋放了，那這個代價就有點得不償失了，因此這個時候就干脆不阻塞這個線程，讓它自旋這等待鎖釋放。
輕量級鎖的升級
競爭的兩個線程都在各自的線程棧幀中生成一個Lock Record空間，用於存儲鎖對象目前Mark Word的拷貝（稱為DisplacedMarkWord），用CAS操作將Mark Word設置為指向自己這個線程的Lock Record指針，設置成功者獲得鎖，其他參與競爭的線程如果未獲取到鎖，則會一直處於自旋等待的狀態，直到競爭到鎖。
但是如果自旋的時間太長也不行，因為自旋是要消耗CPU的，因此自旋的次數是有限制的，比如10次或者100次。當競爭的線程自旋次數到了，然而持有鎖的線程還沒有釋放鎖，這個時候輕量級鎖就會膨脹為重量級鎖。重量級鎖把除了擁有鎖的線程都阻塞，防止CPU空轉。
5. 重量級鎖
長時間的自旋操作是很消耗CPU資源的，為了避免這種盲目的消耗，JVM會在有線程超過10次自旋，或者自旋次數超過CPU核數的一半（JDK1.6以后加入了自適應自旋-Adaptive Self Spinning，由JVM自己控制自旋次數）時，會升級到重量級鎖。
重量級鎖底層是依賴操作系統的mutex互斥鎖，也就是有操作系統來負責線程間的調度。
重量級鎖減少了自旋鎖帶來的CPU消耗，但是由於操作系統調度線程帶來的線程阻塞會使程序響應速度變慢。
6. 偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖的對比
鎖粗化
按理來說，同步塊的作用范圍應該盡可能小，僅在共享數據的實際作用域中才進行同步，這樣做的目的是為了使需要同步的操作數量盡可能縮小，縮短阻塞時間，如果存在鎖競爭，那么等待鎖的線程也能盡快拿到鎖。但是加鎖解鎖也需要消耗資源，如果存在一系列的連續加鎖解鎖操作，可能會導致不必要的性能損耗。
鎖粗化就是將多個連續的加鎖、解鎖操作連接在一起，擴展成一個范圍更大的鎖，避免頻繁的加鎖解鎖操作。
鎖消除
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，經過逃逸分析，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。