高效并发是从JDK1.5到JDK1.6的一个重要改进，HotSpot虚拟机开发团队在这个版本上花费了大量的精力去实现各种锁优化技术，如适应性自旋、锁消除、锁粗化、轻量级锁和偏向锁等，这些技术都是为了在线程之间更高效地共享数据，以及解决竞争问题，从而提高程序的执行效率。

自旋锁与自适应自旋

如果物理机器上有一个以上的处理器，能让两个或以上的线程同时并行执行，我们就可以让后面请求锁的那个线程“稍等一下”，但不放弃处理器的执行时间，看看持有锁的线程是否很快就会释放锁。为了让线程等待，我们只需让线程执行一个忙循环（自旋），这项技术就是所谓的自旋锁。

在JDK1.6中引入了自适应的自旋锁。自适应意味着自旋的时间不再固定了，而是由前一次在同一个锁上的自旋时间及锁的拥有者的状态来决定。如果同一个锁对象上，自旋等待刚刚成功获得过锁，并且持有锁的线程正在运行中，那么虚拟机就会认为这次自旋也很有可能再次成功，进而它将允许自旋等待持续相对更长的时间，比如100个循环。另外，如果对于某个锁，自旋很少成功获得过，那在以后获取这个锁时将可能省略掉自旋过程，以避免浪费处理器资源。

锁消除

锁消除是指虚拟机即时编译器在运行时，对于一些代码上要求同步，但是被检测到不可能存在共享数据竞争的锁进行消除。锁消除的主要判定依据来源于逃逸分析的数据支持，如果判断在一段代码中，堆上的所有数据都不会逃逸出去从而被其他线程访问到，那就可以把它们当做栈上数据对待，认为它们是线程私有的，同步加锁自然就无须进行。

Java中许多同步措施并不是程序员自己加入的，同步的代码在java程序中非常常见，如下代码：

public String concatString(String s1,String s2,String s3){
    return s1 + s2 + s3;
}

在JDK1.5之前，会转化为StringBuffer对象的append()操作，在JDK1.5及以后的代码会转化为StringBuilder对象的append()操作，即有可能变成如下代码：

public String concatString(String s1, String s2, String s3){
    StringBuffer sb = new StringBuffer();
    sb.append(s1);
    sb.append(s2);
    sb.append(s3);
    return sb.toString();
}

每个StringBuffer.append()方法中都有一个同步块，锁就是sb对象。虚拟机观测变量sb，很快就发现它的动态作用域被限制在concatString()方法内部。也就是说，sb的所有引用永远不会逃逸到concatString()方法之外，其他线程无法访问到它，因此，虽然这里有锁，但是可以被安全地消除掉，在即时编译之后，这段diamante就会忽略掉所有的同步而直接执行了。

锁粗化

原则上，我们会将锁的粒度限制得尽可能小——只在共享数据的实际作用于中才进行同步，这样是为了使得需要同步的操作数量尽可能变小，如果存在锁竞争，那么等待锁的线程也能尽快拿到锁。

但是，如果一系列的连续操作都对同一个对象反复加锁和解锁，甚至加锁操作是出现在循环体中的，那即时没有线程竞争，频繁地进行互斥同步操作也会导致不必要的性能损耗。

上述代码块的append()方法就属于这类情况。如果虚拟机探测到有这样一串零碎的操作都对同一个对象加锁，将会把加锁同步的范围扩展（粗化）到整个操作序列的外部，以上述代码块为例，就是扩展到第一个append()操作之前直至最后一个append()操作之后，这样只需要加锁一次就可以了。

轻量级锁

轻量级锁是相对于使用操作系统互斥量来实现的传统锁而言的，因此传统的锁机制就成为重量级锁。

HotSpot虚拟机的对象头分为两部分信息，第一部分用于存储对象自身的运行时数据，如哈希码、GC分代年龄等，这部分数据的长度在32位和64位的虚拟机中分别为32bit和64bit，官方称它为“Mark Word”，它是实现轻量级锁和偏向锁的关键。另外一部分用于存储指向方法区对象类型数据的指针，如果是数组对象的话，还会有一个额外的部分用于存储数组长度。

对象头信息是与对象自身定义的数据无关的额外存储成本，考虑到虚拟机的空间效率，Mark Word被设计成一个非固定的数据结构以便在极小的空间存储尽量多的信息，它会根据对象的状态复用自己的存储空间。例如，在32位的HotSpot虚拟机中对象未被锁定的状态下，Mark Word的32bit空间中的25bit用于存储对象哈希码，4bit用于存储对象分代年龄，2bit用于存储锁标志位，1bit固定为0.

轻量级锁的加锁过程如下：

1. 在代码进入同步块的时候，如果此同步对象没有被锁定(锁标志位为01)，虚拟机首先将在当前线程的栈帧中建立一个名为锁记录的空间，用于存储锁对象目前的Mark Word的拷贝(官方把这个这份拷贝加了一个Displaced前缀，即Displaced Mark Word)，此时线程堆栈与对象头的状态如图13-3所示。
2. 虚拟机使用CAS操作尝试将对象的Mark Word更新为Lock Record的指针。如果这个更新动作成功了，那么这个线程就拥有了该对象的锁，并且对象Mark Word的锁标志位(Mark Word的最后2bit)将转变为00，即表示此对象处于轻量级锁定状态，此时线程堆栈与对象头的状态如图13-4所示。
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   3.如果这个更新操作失败了，虚拟机首先会检查对象的Mark Word是否指向当前线程的栈帧，如果只说明当前线程已经拥有了这个对象的锁，那就可以直接进入同步块继续执行，否则说明这个锁对象已经被其他线程抢占了。如果有两条以上的线程争同一个锁，那轻量级锁就不再有效，要膨胀为重量级锁，锁标志的状态值变为10，Mark Word中存储的就是指向重量级锁的指针，后面等待锁的线程也要进入阻塞状态。

轻量级锁的解锁过程：
如果对象的Mark Word仍然指向着线程的锁记录，那就用CAS操作把对象当前的Mark Word和线程复制的Displaced Mark Word替换回来，如果替换成功，整个同步过程就完成了。如果替换失败，说明有其他线程尝试过获取该锁，那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数据在无竞争情况下的同步原语，进一步提高程序的运行性能。

偏向锁的“偏”，就是偏心的“偏”，它的意思是这个锁会偏向于第一个获得它的线程，如果在接下来的执行过程中，该锁没有被其他的线程获取，则持有偏向锁的线程将永远不需要再进行同步。

偏向锁操作流程：

1. 假设当前虚拟机启用了偏向锁（启用参数-XX:+UseBiasedLocking）,那么当锁对象第一次被线程获取的时候，虚拟机将会把对象头中的标志位设为“01”,即偏向模式。同时使用CAS操作把获取到这个锁的线程的ID记录在对象的Mark Word之中，如果CAS操作成功，持有偏向锁的线程以后每次进入这个锁相关的同步块时，虚拟机都可以不再进行任何同步操作（如Locking、Unlocking及对Mark Word的update等）。
2. 当有另外一个线程去尝试获取这个锁时，偏向模式宣告结束。根据锁对象目前是否处于被锁定的状态，撤销偏向后恢复到未锁定（标志位01）或轻量级锁定（标志位00）的状态，后续的同步操作就如上面介绍的轻量级锁那样执行。
   偏向锁、轻量级锁的状态转化及对象Mark Word的关系如下图所示：