什么是锁？
Java中的锁的状态有四种：无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁，状态会随竞争状态改变，低等级的锁可以升级为高等级的锁，即锁升级；但反之不行，没有锁降级。
要理解锁升级，首先要了解一些基本概念：
加锁行为到底锁的是什么？
加锁记录存在哪里？
我们以Java最常见的synchronized为例
首先要理解，锁是一种排他状态，是一种竞争性的共享资源，谁拿到了这个共享资源，谁就持有了锁。
如基于redis的分布式锁，谁成功设置了“锁”这个key，就代表了谁获取到了锁
反应到JVM中道理一样，Java中每个对象都可以作为锁，多个线程共同竞争同一个对象，谁竞争到了，谁就持有了该对象的锁
那么，如果竞争对象？
在JVM中，每个对象都对应着一个monitor，即互斥量。JVM通过字节码指令monitorenter和monitorexit来实现持有和释放monitor，持有了monitor即代表获取了对象的锁。编译过程会自动在同步代码块的头尾增加这两个指令
对象头
对象头是用来存储一些对象的额外数据的，这些数据与对象自身定义无关，因此为了节省空间，对象头里的内容是会动态改变的，在不同的情况下存储的内容不同。
对象头中的MarkWord记录着对象的锁状态，本文讲的锁升级的实现是要基于这个MarkWord的，其内容如下表所示：
| 存储内容 | 是否偏向 | 锁标志位 | 标志位对应状态说明 |
|---|---|---|---|
| 对象哈希码、对象分代年龄 | 0 | 01 | 无锁 |
| 指向栈中锁记录的指针 | 0 | 00 | 轻量级锁 |
| 指向互斥量（重量级锁）的指针 | 0 | 10 | 重量级锁 |
| 空 | 0 | 11 | GC标记，要被回收 |
| 偏向线程ID、偏向时间戳、对象分代年龄 | 1 | 01 | 偏向锁 |
根据锁竞争的情况，锁状态不同，对象头MarkWord中的内容也会不同。
MarkWord与锁的关系
加锁
当一个线程在获取锁时，会首先在自己的栈帧中开辟一块空间叫做LockRecord，然后将锁对象的MarkWord拷贝到这个LockRecord中，然后线程使用CAS修改对象MarkWord中的内容，如轻量级锁下会将其修改为线程自己的指针记录；如果修改成功，则成功持有锁；如果修改失败，说明当前有其他线程在一同进行锁的获取，发生了竞争且当前线程竞争失败
释放锁
线程将自己栈帧中的LockRecord复制回对象MarkWord中，如果成功，本次同步完成；如果失败，说明当前线程持有锁的过程中有其他线程进行了锁竞争，锁升级为了重量级锁，这时候当前线程释放锁的同时需要唤醒其他竞争线程
下面就例子来详细描述过程
锁升级例子
我们现在假设有T1和T2两个线程进入代码同步块，锁对象为lock对象
- lock对象的MarkWord此时为：
lockHashCode | age | 0 | 01即无锁状态 - T1，T2同时访问同步代码块，两个线程均在自己的栈中创建
LockRecord并复制MarkWord - T1使用CAS成功将MarkWord的内容修改成T1的指针地址，并将锁标志位置为
00，即轻量级锁，此时MarkWord为T1 address | 00 - T2使用CAS修改MarkWord时，发现当前MarkWord中的内容为
T1 address | 00，与预期值lockHashCode | age | 0 | 01不符，CAS失败；T2与T1在竞争锁时失败，T2进入自旋状态等待锁； - T2自旋结束，再去访问MarkWord，发现锁标志仍为
00，即锁仍由其他线程持有中，此时T2使用CAS将MarkWord修改为monitor address | 10，此时锁升级为重量级锁。同时T2进入阻塞状态，进入等待队列。 - 此时有其他线程T3来竞争锁，会直接被阻塞
- T1将要释放锁，使用CAS将
LockRecord复制回MarkWord，但发现当前MarkWord值为monitor address | 10与预期值T1 address | 00不符合，CAS失败；此时T1会将monitor address | 10修改为0 | 10释放锁并唤醒阻塞等待的线程 - T2被唤醒后重新进行锁的争夺
- T2与T3再竞争时，谁CAS将MarkWord由
0 | 10替换为monitor address | 10，谁就持有锁，另一方会陷入阻塞状态；当释放锁时会修改回0 | 10释放锁，并唤醒阻塞等待的线程
要注意锁只能升级不能降级，因此当在第5步T2将锁升级为重量级锁后，lock对象的锁将永远处于重量级锁状态，不会再回到轻量级锁状态。
自旋锁
自旋锁是在获取锁失败时不立刻进入阻塞，而是仍持有CPU时间做一会无用功，再尝试获取锁。
自旋锁仅存在于轻量级锁的周期中，与轻量级锁共生。当可以通过自旋获取到锁，锁不会升级，之后其他线程来获取锁也存在自旋状态；一旦锁升级为了重量级锁，自旋将不在，线程获取锁失败时会直接进入阻塞状态。这也是为什么分轻量级锁和重量级锁的原因，阻塞的分量还是很重的。
偏向锁
获取
偏向锁是什么？如果一个同步块只会被一个线程访问，每次进出代码块的加锁释放锁就是在浪费无用功，因此有了偏向的概念。
偏向锁开启的情况下，对象的MarkWord内容为0 | 0 | 0 | 1 | 10（无锁状态为0 | 0 | 0 | 01）
线程T1在获取对象的锁时，会先尝试获取偏向锁，对象的MarkWord会被T1修改为T1 ID | Epoch | age | 1 | 01，即偏向锁状态，偏向T1，T1下次进入同步块中，只需要检查一下MarkWord中是否为指向自身线程的偏向锁即可，如果是，则之后的操作将不使用任何同步操作。
如果T2进入同步代码块，发现对象的MarkWord的偏向线程不是自己，会尝试修改偏向为自己，即先判断偏向锁指定的线程是否还活着，如果没活则直接重偏向为自己；如果还活着将在系统安全点safepoint暂停T1线程，将锁标记为轻量级锁模式，并更新MarkWord指向T1的一条帧栈记录，偏向锁模式结束。T1释放锁时发现MarkWord不再为偏向模式且指针记录指向自己的帧栈记录，会知道存在了锁竞争升级为了轻量级锁，释放锁的同时会清除这条指针记录
释放
轻量级锁的释放需要将LockRecord复制回对象头，偏向锁不同，直接释放掉自己栈中的LockRecord即可
