必要知识
Java 对象的数据结构
- 在 HotSpot 虚拟机中，Java 对象在内存中存储的布局可以分为 3 块区域：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）和对齐填充（Padding）
- 对象头中的 Mark Word 部分，用于存储对象自身的运行时数据，如哈希码（HashCode）、GC 分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程 ID、偏向时间戳等，其中的最后 2bit 是锁状态标志位（无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁、GC 标识）
锁升级流程
无锁 -> 偏向锁 -> 轻量级锁 -> 重量级锁
无锁： 没有对资源进行锁定，所有的线程都能访问并修改同一个资源，但同时只有一个线程能修改成功，其他修改失败的线程会不断重试直到修改成功。
偏向锁：对象的代码一直被同一线程执行，不存在多个线程竞争，该线程在后续的执行中自动获取锁，降低获取锁带来的性能开销。偏向锁，指的就是偏向第一个加锁线程，该线程是不会主动释放偏向锁的，只有当其他线程尝试竞争偏向锁才会被释放。
偏向锁的撤销，需要在某个时间点上没有字节码正在执行时，先暂停拥有偏向锁的线程，然后判断锁对象是否处于被锁定状态。如果线程不处于活动状态，则将对象头设置成无锁状态，并撤销偏向锁；
如果线程处于活动状态，升级为轻量级锁的状态。
轻量级锁（乐观锁）：轻量级锁是指当锁是偏向锁的时候，被第二个线程 B 所访问，此时偏向锁就会升级为轻量级锁，线程 B 会通过自旋的形式尝试获取锁，线程不会阻塞，从而提高性能。
当前只有一个等待线程，则该线程将通过自旋进行等待。但是当自旋超过一定的次数时，轻量级锁便会升级为重量级锁；当一个线程已持有锁，另一个线程在自旋，而此时又有第三个线程来访时，轻量级锁也会升级为重量级锁。
重量级锁（悲观锁）：指当有一个线程获取锁之后，其余所有等待获取该锁的线程都会处于阻塞状态。
重量级锁通过对象内部的监视器（monitor）实现，而其中 monitor 的本质是依赖于底层操作系统的 Mutex Lock 实现，操作系统实现线程之间的切换需要从用户态切换到内核态，切换成本非常高。
synchronized 的执行过程
- 检查锁对象的Mark Word 中的偏向锁标识是否为 1，线程 ID 是不是当前线程 ID，如果是，表示当前线程处于偏向锁
- 如果不是，则使用 CAS 将锁对象的Mark Word 中线程 ID 设置为当前线程 ID，如果成功则表示当前线程获得偏向锁
- 如果失败，则说明发生竞争，撤销偏向锁，进而升级为轻量级锁（乐观锁）
- 当前线程使用 CAS 将对象头的 Mark Word 替换为指向当前线程的栈帧中 Lock Record 的指针，如果成功，当前线程获得锁
- 如果失败，表示其它线程竞争锁，当前线程尝试使用自旋来获取锁
- 如果自旋成功则依然处于轻量级状态
- 如果自旋失败，则膨胀为重量级锁（悲观锁）
在所有的锁都启用的情况下，线程进入临界区时会先去获取偏向锁，如果已经存在偏向锁了，则会尝试获取轻量级锁，启用自旋锁，如果自旋也没有获取到锁，则使用重量级锁，没有获取到锁的线程阻塞挂起，直到持有锁的线程执行完同步块唤醒他们
