Java锁机制的粗略总结
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1. 什么是锁？
在并发环境下，多个线程会对同一个资源进行争抢，那么可能会导致数据不一致的问题。为了解决这个问题，很多编程语言都引入了锁机制。通过一种抽象的锁，来对资源进行锁定。
1.1 Java锁机制是怎么设计的？
在Java中，每个Object，也就是每个对象都拥有一把锁，这把锁存放在对象头中，锁中记录了当前对象被哪个线程所占用。
2. 对象、对象头、结构
对象包括了三个部分：对象头：存放了一些对象本身的运行时信息，包含以下两部分
1. Mark Word：存储很多和当前对象运行时状态有关的数据
2. ClassPointer：指针，指向当前对象类型所在方法区中的类型数据实例数据：初始化对象时设定的属性和状态的内容对齐填充字节：为了满足“Java对象的大小必须是8bit的倍数”
2.1 Mark Word
被设计得极小，只有32bit，并且是非结构化的，这样在不同的锁标志位下，不同的字段可以重用不同的比特位，因此能节省空间。
锁就存放在Mark Word中
3. Synchronized
Synchronized被编译后会生成monitorenter和monitorexit两个字节码指令，依赖这两个字节码指令进行线程同步
3.1 Synchronized同步机制
如图
3.2 Synchronized同步机制为什么会存在性能问题？
因为Synchronized被编译后实质上是monitorenter和monitorexit两条字节码指令，而Monitor是依赖于操作系统的mutex lock来实现的。
Java线程实际上是对操作系统线程的映射，所以每当挂起或者唤醒一个线程，都要切换操作系统的内核态，这种操作是比较重量级的，在一些情况下甚至切换时间本身将会超出线程执行任务的时间，这样的话，使用Synchronized将会对程序的性能产生很严重的影响。
Java6开始，Synchronized进行了优化，引入了偏向锁、轻量级锁
4. 无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁
4.1 无锁
顾名思义，就是没有对资源进行锁定，所有线程都能够访问到同一资源，这就可能出现两种情况
- 某个对象不会出现在多线程环境下，或者说即使出现在了多线程环境下也不会出现竞争的情况，那么确实无须对这个对象进行任何保护，直接让他给各个线程调用就可以
- 资源会被竞争，但是我不想对资源进行锁定，不过还是想通过一些机制来控制多线程，比如说，如果有多个线程想要修改同一个值，我们不通过锁定资源的方式，而是通过其他方式来限制，同时也只有一个线程能够修改成功，而其他修改失败的线程将会不断尝试，直到修改成功，这就是CAS（Compare and Swap）。CAS在操作系统中通过一条指令来实现，所以他就能够保证原子性。
在大部分情况下，无锁编程的效率是很高的，但这并非意味着无锁能够全面代替有锁
4.2 偏向锁
假如一个对象被加锁了，但在实际运行时只有一个线程会获取这个对象锁，最理想的方式就是不通过线程状态切换，也不要通过CAS来获得锁，因为这多多少少还是会耗费一些资源
我们设想的是，最好对象能够认识这个线程，只要是这个线程过来，那么对象就直接把锁交出去，我们就可以认为这个锁偏爱这个线程，所以被称为偏向锁
通过锁标志位是01找到倒数第三位bit，如果为1则说明是偏向锁，那么再看前23位bit，判断当前线程ID是不是老顾客。
如果发现，当前不只有一个线程，而是有多个线程正在竞争锁，那么偏向锁将会升级为轻量级锁
4.3 轻量级锁
不像偏向锁一样按照线程ID来找到占有这个锁的线程，而是查看前30位bit的指向栈中锁记录的指针。
当一个线程想要获得某个对象的锁时，假如看到锁标志位位00，那么就知道它是轻量级锁。
此时，线程会在自己私有的虚拟机栈中开辟一块被称为Lock Record的空间。
LockRecord中存放的是对象头中的Mark Word的副本，以及owner指针。
4.3.1 轻量级锁和线程的绑定过程
线程通过CAS去尝试获取锁，一旦获得那么将会复制该对象头中的Mark Word到Lock Record中，并且将Lock Record中的owner指针指向该对象。
另一方面，对象的Mark Word的前30个bit将会生成一个指针，指向线程虚拟机栈中的Lock Record。
4.3.2 轻量级锁锁定后，其他线程想获取该怎么办？
其他线程将会自旋等待
自旋
可以理解为一种轮询，线程自己在不断的循环，尝试着去看一下目标对象的锁有没有被释放，如果释放了就获取，如果没有就进行下一次循环。
这种方式区别于被操作系统挂起，因为如果对象的锁很快就会被释放的话，自旋就不需要进行系统中断和现场恢复，所以效率更高。
自旋相当于是CPU在空转，如果长时间自旋将会浪费CPU资源，于是出现了一种叫做“适应性自旋”的优化。
适应性自旋
简单来说，就是自旋的时间不再固定了，而是由上一次在同一个锁上的自旋时间以及锁状态，这两个条件来进行决定。
举个例子，比如在这个锁上，当前正在自旋等待的线程刚刚已经成功获得过锁，但是锁目前是被其他线程占用，那么虚拟机就会认为这次自旋也很有可能会成功，进而它将允许更长的自旋时间。
如果自旋等待的线程数超过CPU核数的一半，或者自旋次数超过10次就会升级称重量级锁
4.4 重量级锁
如果被标记为重量级锁，那么就和最初的那样，需要通过Monitor来对线程进行控制，此时将会完全锁定资源，对线程的管控最为严格