今天梳理的这五点是 HotSpot 虚拟机对synchronized最核心、最实用的分层锁优化手段 （JDK1.6 + 引入），核心设计思路是 **「按需优化、分层适配」------ 根据多线程对锁的 竞争程度 **（无竞争→轻度竞争→重度竞争），从低开销到高开销动态切换锁的实现方式，同时通过锁消除、锁粗化消除无意义的锁操作，最终让原本的 "重量级锁" 在大部分场景下都能做到低开销执行。
这些优化并非孤立存在，偏向锁、轻量级锁、自旋锁 是一套完整的锁升级链路 （不可逆），而锁消除、锁粗化 是独立的通用优化手段（可与任意锁状态配合）。下面结合你的核心要点，补充底层实现细节、执行逻辑、适配场景，让每个优化的作用和原理更清晰，同时明确各优化间的关联。
一、偏向锁
核心原理
针对单个线程重复获取同一把锁 的无竞争场景，彻底消除锁的获取 / 释放开销 ------ 锁会「偏向」于第一个获取它的线程，后续该线程重入锁时，无需任何 CAS、加解锁操作，仅需判断对象头的线程 ID 标记即可。
执行关键细节
- 锁的标记存储在Java 对象头的 Mark Word 中，无竞争时 Mark Word 会设置为偏向锁状态 ，并记录第一个获取锁的线程 ID；
- 该线程后续再次进入同步代码块，仅需做一次简单的线程 ID 匹配判断：匹配成功则直接获锁，无任何额外开销；
- 若有其他线程尝试获取该锁 （出现竞争），HotSpot 会撤销偏向锁 ，并将其升级为轻量级锁（升级过程不可逆）。
核心价值
将无竞争场景下的锁开销降到近乎为 0，这是开发中最常见的场景（如单线程执行同步代码、方法内的局部同步对象），也是锁优化的基础。
二、轻量级锁
核心原理
针对多个线程交替获取同一把锁 的轻度竞争场景（无同时竞争），放弃依赖操作系统的重量级互斥锁，改用CAS（比较并交换） 实现锁的获取与释放，避免内核态 / 用户态的切换开销（该开销远大于 CAS 操作）。
执行关键细节
- 偏向锁撤销后，HotSpot 将对象头 Mark Word 改为轻量级锁状态；
- 线程获取锁时，会在自己的栈帧中创建锁记录（Lock Record） ，并通过CAS 操作 将对象头的 Mark Word 替换为指向该锁记录的指针：
- CAS 成功：表示获锁成功，执行同步代码；
- CAS 失败：表示存在锁竞争，触发自旋锁等待，而非直接阻塞；
- 线程释放锁时，再次通过CAS 操作将对象头的 Mark Word 恢复为原始状态，完成解锁。
核心价值
用用户态的 CAS 操作 替代内核态的重量级锁，解决轻度竞争下的锁开销问题，是偏向锁到重量级锁的「过渡锁」。
三、自旋锁 / 自适应自旋
核心定位
自旋锁并非独立的锁状态，而是轻量级锁处理竞争的配套策略 ------ 解决 "CAS 获锁失败后，线程该如何等待" 的问题，核心是用 CPU 循环等待替代线程内核态阻塞。
1. 基础自旋锁
核心原理
线程 CAS 获取轻量级锁失败时，不立即进入操作系统的内核阻塞队列 ，而是在用户态循环执行 CAS 操作（自旋），等待持有锁的线程快速释放锁 ------ 因为大部分场景下，锁的持有时间极短，自旋的 CPU 开销远小于线程阻塞 / 唤醒的内核开销。
关键细节
- 自旋次数默认有限制 （JDK1.6 默认 10 次，可通过 JVM 参数
-XX:PreBlockSpin调整）； - 自旋成功：获锁执行同步代码；自旋失败：轻量级锁升级为重量级锁，当前线程进入内核态阻塞。
2. 自适应自旋（JDK1.6 + 默认开启，更智能）
核心原理
对基础自旋锁的优化，自旋次数不再固定 ，由 HotSpot根据历史竞争情况动态调整，让自旋的次数更贴合实际场景。
关键细节
- 若当前线程自旋成功过 （等待的锁持有者快速释放），则下次自旋时会增加自旋次数（认为此次锁持有时间也短）；
- 若当前线程自旋失败过 （等待的锁持有者耗时较长），则下次自旋时会减少甚至取消自旋（避免 CPU 空转）；
- 自适应自旋由 JVM 自动调控，无需开发者手动配置，是生产环境的默认策略。
核心价值
避免轻度竞争下的线程内核阻塞，最大化利用 CPU 资源，同时通过有限自旋 / 自适应自旋防止 CPU 空转。
四、锁消除
核心原理
HotSpot 通过逃逸分析 ，判断同步代码块中的锁对象是否仅在当前线程内使用 （即「无逃逸」），若确定无线程竞争，会在即时编译（JIT）阶段直接消除该锁的所有加解锁操作，彻底避免无意义的锁开销。
执行关键细节
- 逃逸分析：JVM 的核心分析技术，判断对象的作用域 ------ 若对象仅在当前方法 / 线程内创建、使用，未暴露到方法外 / 其他线程，则为「无逃逸」；
- 锁消除仅针对无逃逸的局部锁对象 ，JIT 编译时会直接删除
synchronized对应的monitorenter/monitorexit指令； - 无需开发者做任何代码修改，由 JVM 自动完成。
典型示例
java
// StringBuffer的append方法被synchronized修饰，但sb是局部对象，无逃逸
public String test() {
StringBuffer sb = new StringBuffer();
sb.append("a").append("b"); // 无竞争，JVM会消除append中的锁
return sb.toString();
}核心价值
去掉完全不必要的锁操作，让同步代码直接以无锁方式执行，无任何锁开销。
五、锁粗化
核心原理
若线程连续多次对同一把锁进行获取 / 释放操作 （如循环内的同步代码块），HotSpot 会将多个连续的锁操作合并为一次 ，即扩大同步代码块的范围，减少锁的获取 / 释放次数，从而降低锁操作的总开销。
执行关键细节
- 触发场景：循环内的同步代码块、连续多次调用同一锁对象的同步方法；
- JVM 会自动将多次
monitorenter/monitorexit指令合并为一次加锁、一次解锁，同步范围覆盖所有连续的操作； - 锁粗化不会无限扩大同步范围------JVM 会保证合并后的同步代码块不会引发更激烈的锁竞争，否则会停止粗化。
典型示例
java
// 优化前：循环1000次，1000次加解锁
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
synchronized (lock) {
count++;
}
}
// 锁粗化后：JVM自动合并，仅1次加解锁
synchronized (lock) {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
count++;
}
}核心价值
减少锁的获取 / 释放这一高频操作的次数，降低累计的锁开销，同时不影响线程安全。
六、HotSpot 锁优化核心关联与整体流程
这五点优化并非孤立，而是分层配合、按需触发，形成一套完整的 synchronized 优化体系，整体执行流程和关联关系如下：
无竞争场景 → 偏向锁（标记线程ID，零开销）
↓ 出现其他线程竞争
轻度竞争（交替获锁） → 轻量级锁（CAS实现）+ 自旋锁/自适应自旋（循环等待）
↓ 自旋失败/同时竞争（重度竞争）
重度竞争场景 → 重量级锁（内核互斥锁，保证安全）
【通用优化】：无论上述哪种锁状态，JVM都会同时执行
1. 锁消除：消除无逃逸的冗余锁（无锁开销）
2. 锁粗化：合并连续锁操作（减少锁操作次数）核心原则 ：不可逆的锁升级 + 按需的轻量级实现 + 无意义锁的消除，让 synchronized 在 90% 的实际开发场景下，都能做到「低开销、高安全」。
最后小结
- 偏向锁：无竞争零开销，仅标记获锁线程 ID，有竞争则升级为轻量级锁；
- 轻量级锁：轻度竞争用 CAS 替代重量级锁，避免内核切换开销；
- 自旋 / 自适应自旋：轻量级锁的配套等待策略，用 CPU 循环替代线程阻塞，自适应自旋更智能；
- 锁消除：基于逃逸分析，自动删除无竞争的冗余锁，无需开发者干预；
- 锁粗化：合并同一锁的连续加解锁操作，减少锁操作次数，降低累计开销。