輕量級鎖是jdk 1.6之中加入的新型鎖機制，它名字中的「輕量級」是相對於使用作業系統互斥量來實現的傳統鎖而言的，因此傳統的鎖機制就稱為「重量級」鎖。首先需要強調一點的是，輕量級鎖並不是用來代替重量級鎖的，它的本意是在沒有多執行緒競爭的前提下，減少傳統的重量級鎖使用作業系統互斥量產生的效能消耗。
要理解輕量級鎖，以及後面會講到的偏向鎖的原理和運作過程，必須從hotspot虛擬機器的物件（物件頭部分）的記憶體布局開始介紹。hotspot虛擬機器的物件頭（object header）分為兩部分資訊，第一部分用於儲存物件自身的執行時資料，如雜湊碼（hashcode）、gc分代年齡（generational gc age）等，這部分資料的長度在32位和64位的虛擬機器中分別為32bit和64bit，官方稱它為「mark word」，它是實現輕量級鎖和偏向鎖的關鍵。另外一部分用於儲存指向方法區物件型別資料的指標，如果是陣列物件的話，還會有乙個額外的部分用於儲存陣列長度。
物件頭資訊是與物件自身定義的資料無關的額外儲存成本，考慮到虛擬機器的空間效率，mark word被設計成乙個非固定的資料結構以便在極小的空間內儲存盡量多的資訊，它會根據物件的狀態復用自己的儲存空間。例如，在32位的hotspot虛擬機器中物件未被鎖定的狀態下，mark word的32bit空間中的25bit用於儲存物件雜湊碼（hashcode），4bit用於儲存物件分代年齡，2bit用於儲存鎖標誌位，1bit固定為0，在其他狀態（輕量級鎖定、重量級鎖定、gc標記、可偏向）下物件的儲存內容見表。
儲存內容
標誌位狀態
物件雜湊碼，物件分代年齡
01未鎖定
指向鎖記錄的指標
00輕量級鎖定
指向重量級鎖的指標
10膨脹（重量級鎖定）
空，不需要記錄資訊
11gc標記
偏向執行緒id，偏向時間戳，物件分代年齡
01可偏向
在**進入同步塊的時候，如果此同步物件沒有被鎖定（鎖標誌位為「01」狀態），虛擬機器首先將在當前執行緒的棧幀中建立乙個名為鎖記錄（lock record）的空間，用於儲存鎖物件目前的markword的拷貝（官方把這份拷貝加了乙個displaced字首，即displaced mark word），這時候執行緒堆疊與物件頭的狀態如圖13-3所示。
然後，虛擬機器將使用cas操作嘗試將物件的mark word更新為指向lock record的指標。如果這個更新動作成功了，那麼這個執行緒就擁有了該物件的鎖，並且物件mark word的鎖標誌位（mark word的最後2bit）將轉變為「00」，即表示此物件處於輕量級鎖定狀態，這時候執行緒堆疊與物件頭的狀態如圖13-4所示。
如果這個更新操作失敗了，虛擬機器首先會檢查物件的mark word是否指向當前執行緒的棧幀，如果只說明當前執行緒已經擁有了這個物件的鎖，那就可以直接進入同步塊繼續執行，否則說明這個鎖物件已經被其他執行緒搶占了。如果有兩條以上的執行緒爭用同乙個鎖，那輕量級鎖就不再有效，要膨脹為重量級鎖，鎖標誌的狀態值變為「10」，mark word中儲存的就是指向重量級鎖（互斥量）的指標，後面等待鎖的執行緒也要進入阻塞狀態。
上面描述的是輕量級鎖的加鎖過程，它的解鎖過程也是通過cas操作來進行的，如果物件的mark word仍然指向著執行緒的鎖記錄，那就用cas操作把物件當前的mark word和執行緒中複製的displaced mark word替換回來，如果替換成功，整個同步過程就完成了。如果替換失敗，說明有其他執行緒嘗試過獲取該鎖，那就要在釋放鎖的同時，喚醒被掛起的執行緒。
輕量級鎖能提公升程式同步效能的依據是「對於絕大部分的鎖，在整個同步週期內都是不存在競爭的」，這是乙個經驗資料。如果沒有競爭，輕量級鎖使用cas操作避免了使用互斥量的開銷，但如果存在鎖競爭，除了互斥量的開銷外，還額外發生了cas操作，因此在有競爭的情況下，輕量級鎖會比傳統的重量級鎖更慢。
偏向鎖也是jdk 1.6中引入的一項鎖優化，它的目的是消除資料在無競爭情況下的同步原語，進一步提高程式的執行效能。如果說輕量級鎖是在無競爭的情況下使用cas操作去消除同步使用的互斥量，那偏向鎖就是在無競爭的情況下把整個同步都消除掉，連cas操作都不做了。
偏向鎖的「偏」，就是偏心的「偏」、偏袒的「偏」，它的意思是這個鎖會偏向於第乙個獲得它的執行緒，如果在接下來的執行過程中，該鎖沒有被其他的執行緒獲取，則持有偏向鎖的執行緒將永遠不需要再進行同步。假設當前虛擬機器啟用了偏向鎖（啟用引數-xx：+usebiasedlocking，這是jdk 1.6的預設值），那麼，當鎖物件第一次被執行緒獲取的時候，虛擬機器將會把物件頭中的標誌位設為「01」，即偏向模式。同時使用cas操作把獲取到這個鎖的執行緒的id記錄在物件的mark word之中，如果cas操作成功，持有偏向鎖的執行緒以後每次進入這個鎖相關的同步塊時，虛擬機器都可以不再進行任何同步操作（例如locking、unlocking及對mark word的update等）。
當有另外乙個執行緒去嘗試獲取這個鎖時，偏向模式就宣告結束。根據鎖物件目前是否處於被鎖定的狀態，撤銷偏向（revoke bias）後恢復到未鎖定（標誌位為「01」）或輕量級鎖定（標誌位為「00」）的狀態，後續的同步操作就如上面介紹的輕量級鎖那樣執行。偏向鎖、輕量級鎖的狀態轉化及物件mark word的關係如圖13-5所示。
鎖的優缺點對比
偏向鎖 輕量級鎖 重量級鎖
首先簡單說下先偏向鎖 輕量級鎖 重量級鎖三者各自的應用場景 偏向鎖 只有乙個執行緒進入臨界區 輕量級鎖 多個執行緒交替進入臨界區 重量級鎖 多個執行緒同時進入臨界區。還要明確的是，偏向鎖 輕量級鎖都是jvm引入的鎖優化手段，目的是降低執行緒同步的開銷。比如以下的同步 塊 synchronized l...
偏向鎖 輕量級鎖 重量級鎖
synchronized關鍵字就像是汽車的自動檔，現在詳細講這個過程。一腳油門踩下去，synchronized會從無鎖公升級為偏向鎖，再公升級為輕量級鎖，最後公升級為重量級鎖，就像自動換擋一樣。那麼自旋鎖在 呢？這裡的輕量級鎖就是一種自旋鎖。初次執行到synchronized 塊的時候，鎖物件變成偏...
輕量級鎖，偏向鎖，重量級鎖
物件頭資訊 使用monitor物件來實現重量級鎖，如果使用重量級鎖，加鎖過程就需要先去關聯monitor物件，然後還需要各種判斷。asychronized關鍵字實現重量級鎖的原理 monitorenter和monitorexit就是操作monitor物件，會有效能損耗，所以引入輕量級鎖。當出現重量級...