HostSpot虚拟机在 JDK 6 中实现了大量的锁优化技术，比如说适应性自旋，锁消除，锁膨胀，轻量级锁，偏向锁等。

自旋锁与自适应自旋

自旋锁

由于Java线程设计的原因，把一个线程挂机或者恢复都需要由用户态切换到核心态，这些都会给Java虚拟机带来很大的压力。但是由于现在用户的cpu都是多核的，可以让多个任务并行运行，所有很多共享数据锁的持有时间是很短的，如果因为这么短的时间就让一个线程挂起再恢复，很不值当。可以让一个线程等一小会儿，但不放弃处理时间，看看持有锁的线程是否很快会释放。而等的这个过程，我们只需要让线程忙循环（自旋），这就是自旋锁。

自旋锁并不能代替阻塞。如果持有锁的时间很短，那么自旋锁效率就很高，如果持有很长，自旋的线程占用着cpu却没有做有用的事，导致资源浪费。所以自旋锁一般设置循环次数，如果超过还没获取到锁，就挂起。

自适应自旋

JDK6中引入了自适应自旋，这时候自旋的次数不再是固定的了，改变为由上一次获取锁的时间以及锁持有者的状态来决定的。

如果在同一个对象上，自旋等待刚刚获取到锁，并且持有锁的线程正在运行，那么虚拟机就会认为这次自旋也会成功，而且允许这次自旋的持续时间长一点。

另一方面，如果获取的较少，那么可能会直接掠过。

消除锁

指的是虚拟机即时编译器在运行时，对那些检测到不可能存在共享数据竞争的锁进行消除。主要判定依据来源于逃逸分析的数据支持。

如果一段代码，在堆上的所有数据都不会逃逸出去被其他线程访问到，那么就可以把它们当作栈上的数据对待。

注意，这里的加的锁可能并不是程序员自己加的，可能是调用某些方法，而这些方法内部有同步块，而虚拟机会对这些方法内部的同步块所加的锁进行消除。

比如如下代码：

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public String add(String str1, String str2) {
    return str1 + str2;
}

// 上面的那段代码在执行时会被优化为如下写法
public String add(String str1, String str2) {
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    sb.append(str1);
    sb.append(str2);
    
    return sb.toString();
}

StringBuilder的append方法内有同步块，所以会导致加锁，但是经过判定不需要这把锁，就会进行消除。因为这里没有其他线程会往该对象中添加数据。

锁粗化

如果加锁释放锁的动作频繁执行，比如说在一个循环中，那么会影响性能，这时候就不能按照把锁的粒度尽可能缩小的原则。此时就可以在循环前加锁，循环结束后释放锁，虽然增大了锁的粒度，但是某些场景可以提高性能。

像上面的那个append操作，可以在第一个append之前加锁，然后最后一次append结束释放锁，这样就避免了一直加锁，释放锁。

轻量级锁

这个轻量级是相对于使用操作系统互斥量来实现的传统锁相比。它并不能代替传统的重量级锁，它的设计目的是在没有多线程竞争的前提下，减少传统的重量级锁使用操作系统互斥量造成的性能消耗。

HotSpot虚拟机的头部分为两部分，第一部分用于存储对象自身的运行时数据，例如哈希码，GC的分代年龄等，这部分被称为Mark Word。这部分对于轻量级锁和偏向锁实现很关键。另一部分用于存储指向方法区对象类型数据的指针。

Mark Word这部分有两比特空间用于存储锁的标记为。对象除了未被锁定的状态外，还会有轻量级锁定，重量级锁定，GC标记，可偏向等不同的状态。

在代码即将进入同步块的时候，如果此同步对象没有被锁定，虚拟机会在当前线程的栈帧中建立一个锁记录（Lock Record）的空间，用于存储对象目前Mark Word的拷贝（这一步意思是在当前线程中，存储一份该对象的Mark Word的拷贝）。然后虚拟机将使用CAS操作尝试把对象的Mark Word更新为指向锁记录的指针（将对象的Mark Word更新为指向线程的锁记录）。如果更新成功，即代表该线程拥有了该对象的锁，并且将Mark Word的锁标记位改为轻量级锁。

如果这次更新失败，说明至少有一个线程与当前线程竞争获取该对象的锁。此时，虚拟机会先检查对象的Mark Word是否指向当前线程的栈帧，如果是，说明已经获取到该对象的锁，直接执行就可以了，否则说明该锁被其他线程占用了。如果出现两条以上的线程争用同一个对象，那么就要膨胀为重量级锁。

它的解锁过程也是CAS操作实现的。如果对象的Mark Word仍然指向线程的锁记录，那就用CAS操作把对象当前Mark Word和线程中复制的那一份拷贝替换回来。如果替换成功，则同步过程就成功了，如果替换失败，则说明有其他线程尝试获取过该锁，就要在释放锁的同时，唤醒被挂起的线程。

偏向锁

偏向锁的目的是消除在无竞争情况下的同步原语，进一步提高性能。轻量级锁是在无竞争情况下使用CAS操作区消除同步使用的互斥量，那偏向锁就是在无竞争的情况下把整个同步都消除掉，连CAS都不需要。

偏向锁会偏向于第一个获取它的线程，如果接下来执行的过程中，该锁一直没有被其他线程获取，那么持有偏向锁的线程则不需要进行同步。

具体来说，偏向锁会在对象头中存储一个标识，用于标记是否开启偏向锁。当一个线程访问对象时，如果该对象没有被锁定，则该线程会将对象头中的标识设置为当前线程的ID，并将偏向锁标识设置为1。之后，该线程访问该对象时，会直接进入偏向锁模式，无需再次加锁，从而提高了程序的性能。

当其他线程访问该对象时，会发现该对象已经被标记为偏向锁，并且偏向锁标识为1，此时会检查该对象的偏向线程ID是否为当前线程的ID，如果是，则直接进入偏向模式，否则表示有竞争发生，会将偏向锁升级为轻量级锁或重量级锁。

参考

《深入理解Java虚拟机》