偏向锁（比较ThreadID）--》轻量级锁（CAS）--》重量级锁（操作系统的mutex lock实现）
偏向所锁，轻量级锁都是乐观锁，重量级锁是悲观锁。
synchronized用的锁是存在java对象头里的。
32位java对象头结构如下表所示：
对于64位的java对象头其余信息基本不变，只是中间有关于对象hashcode值和之后加锁信息的位数加大以外，其他基本不变。
64位虚拟机系统下java对象头在不同锁状态下的状态变化如下表所示：
如上图所示：其中最后两位代表是否加锁的标志位。锁标志位如果是01的话需要根据前一位的是否为偏向锁来判断当前的锁状态，如果前一位为0则代表无锁状态，如果为1则代表有偏向锁。
后两位：00代表轻量级锁，10代表重量级锁，11代表GC垃圾回收的标记信息。
偏向锁
偏向锁是指一段同步代码一直被一个线程所访问，那么该线程会自动获取锁。降低获取锁的代价。
一个对象刚开始实例化的时候，没有任何线程来访问它的时候。它是可偏向的，第一个进入的线程，这个线程在修改对象头成为偏向锁的时候使用CAS操作，并将对象头中的ThreadID改成自己的ID，之后再次访问这个对象时，只需要对比ID，不需要再使用CAS在进行操作。
为什么要引入偏向锁？
因为经过HotSpot的作者大量的研究发现，大多数时候是不存在锁竞争的，常常是一个线程多次获得同一个锁，因此如果每次都要竞争锁会增大很多没有必要付出的代价，为了降低获取锁的代价，才引入的偏向锁。
偏向锁的升级
当线程1访问代码块并获取锁对象时，会在java对象头和栈帧中记录偏向的锁的threadID，因为偏向锁不会主动释放锁，因此以后线程1再次获取锁的时候，需要比较当前线程的threadID和Java对象头中的threadID是否一致，如果一致（还是线程1获取锁对象），则无需使用CAS来加锁、解锁；如果不一致（其他线程，如线程2要竞争锁对象，而偏向锁不会主动释放因此还是存储的线程1的threadID），那么需要查看Java对象头中记录的线程1是否存活，如果没有存活，那么锁对象被重置为无锁状态，其它线程（线程2）可以竞争将其设置为偏向锁；如果存活，那么立刻查找该线程（线程1）的栈帧信息，如果还是需要继续持有这个锁对象，那么暂停当前线程1，撤销偏向锁，升级为轻量级锁，如果线程1 不再使用该锁对象，那么将锁对象状态设为无锁状态，重新偏向新的线程。
偏向锁的取消
偏向锁是默认开启的，而且开始时间一般是比应用程序启动慢几秒，如果不想有这个延迟，那么可以使用-XX:BiasedLockingStartUpDelay=0；
如果不想要偏向锁，那么可以通过-XX:-UseBiasedLocking = false来设置；
偏向锁是为了在只有一个线程执行同步块时提高性能。
轻量级锁
轻量级锁是指当锁是偏向锁的时候，被另一个线程所访问，偏向锁就会升级为轻量级锁，其他线程会通过自旋的形式尝试获取锁，不会阻塞，提高性能。
为什么要引入轻量级锁？
轻量级锁考虑的是竞争锁对象的线程不多，而且线程持有锁的时间也不长的情景。因为阻塞线程需要CPU从用户态转到内核态，代价较大，如果刚刚阻塞不久这个锁就被释放了，那这个代价就有点得不偿失了，因此这个时候就干脆不阻塞这个线程，让它自旋这等待锁释放。
轻量级锁的升级
一旦有第二个线程访问这个对象，因为偏向锁不会主动释放，所以第二个线程可以看到对象时偏向状态，这时表明在这个对象上已经存在竞争了，检查原来持有该对象锁的线程是否依然存活，如果挂了，则可以将对象变为无锁状态，然后重新偏向新的线程，如果原来的线程依然存活，则马上执行那个线程的操作栈，检查该对象的使用情况，如果仍然需要持有偏向锁，则偏向锁升级为轻量级锁，（偏向锁就是这个时候升级为轻量级锁的）。如果不存在使用了，则可以将对象回复成无锁状态，然后重新偏向。
线程1获取轻量级锁时会先把锁对象的对象头MarkWord复制一份到线程1的栈帧中创建的用于存储锁记录的空间（称为DisplacedMarkWord），然后使用CAS把对象头中的内容替换为线程1存储的锁记录（DisplacedMarkWord）的地址；
如果在线程1复制对象头的同时（在线程1CAS之前），线程2也准备获取锁，复制了对象头到线程2的锁记录空间中，但是在线程2CAS的时候，发现线程1已经把对象头换了，线程2的CAS失败，那么线程2就尝试使用自旋锁来等待线程1释放锁。
但是如果自旋的时间太长也不行，因为自旋是要消耗CPU的，因此自旋的次数是有限制的，比如10次或者100次，如果自旋次数到了线程1还没有释放锁，或者线程1还在执行，线程2还在自旋等待，这时又有一个线程3过来竞争这个锁对象，那么这个时候轻量级锁就会膨胀为重量级锁。重量级锁把除了拥有锁的线程都阻塞，防止CPU空转。
两种情况:
当自旋超过一定的次数
或者一个线程在持有锁，一个在自旋，又有第三个来访时，轻量级锁膨胀为重量级锁
轻量级锁是为了在线程近乎交替执行同步块时提高性能。
重量级锁
重量级锁是指当锁为轻量级锁的时候，另一个线程虽然是自旋，但自旋不会一直持续下去，当自旋一定次数（默认10次）的时候，还没有获取到锁，就会进入阻塞，该锁膨胀为重量级锁。重量级锁会让其他申请的线程进入阻塞，性能降低。这时候也就成为了原始的Synchronized的实现。
锁可以升级不可以降级，但是偏向锁状态可以被重置为无锁状态。
轻量级锁线程释放的时候，为什么失败的时候，是唤醒被挂起的那些线程？
因为失败的话，此时锁已经膨胀了。
线程1运行的时候，线程2进来了，这个时候线程2进行cas替换指针的时候失败，所以线程2自旋操作，达到一定此时依然没有成功，所以线程2，会导致锁膨胀成重量级锁，而可能自身（线程2）会被挂起
偏向锁：只有一个线程进入临界区；
轻量级锁：多个线程交替进入临界区；
重量级锁：多个线程同时进入临界区。
