Java锁升级通过Mark Word低3位编码标识状态，复用其余位存储线程ID、指针等，实现无锁化设计；典型路径为001（无锁）→101（偏向锁）→000（轻量级锁）→010（重量级锁），全程依赖CAS原子更新。
Java 锁升级过程中，对象的 Mark Word 通过复用其 64 位（64-bit JVM）中的部分比特位，以不同编码组合表示当前锁的状态。它不额外存储锁对象，而是将锁信息“内嵌”在对象头中，实现轻量级、无锁化的设计目标。
Mark Word 的结构与锁状态映射关系
在 64 位 HotSpot JVM 中（开启指针压缩，默认情况），对象头包含两部分：Mark Word（8 字节）和 Klass Word（4 字节）。其中 Mark Word 的低 3 位（bit 0–2）是关键，用于标识锁状态；其余位根据状态不同，复用为线程 ID、epoch、hash code 或指向 Monitor 的指针等。
常见锁状态及 Mark Word 编码如下（以 64 位为例，实际布局受是否启用指针压缩影响）：
-
无锁状态（Normal）：最低 3 位为
001；剩余 57 位可能存对象哈希码（未计算时为 0）、分代年龄、偏向锁标识位（若开启偏向锁）等 -
偏向锁（Biased）：最低 3 位为
101；紧接着的 54 位（或 53 位）存储持有该锁的线程 ID；还有 2 位存 epoch（用于批量撤销） -
轻量级锁（Lightweight）：最低 3 位为
000；剩余 61 位存储指向当前线程栈中Lock Record的指针（即 Displaced Mark Word 所在位置） -
重量级锁（Heavyweight）：最低 3 位为
010；剩余 61 位存储指向堆中ObjectMonitor对象的指针 -
GC 标记状态（如 CMS/标记）：最低 3 位为
111，具体含义由 GC 算法定义，此时不参与锁逻辑
锁升级时 Mark Word 如何变化
锁升级本质是 Mark Word 值的原子更新过程，依赖 CAS 操作完成状态迁移。每次升级都需先读取当前 Mark Word，校验状态合法，再写入新编码。典型路径为：无锁 → 偏向锁 → 轻量级锁 → 重量级锁（不可逆）。
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- 偏向锁获取：线程第一次进入同步块，CAS 将 Mark Word 从
001改为101并填入自身 thread ID；失败则触发偏向撤销（revoke） - 偏向撤销：检测到竞争（如其他线程尝试获取），JVM 将偏向锁升级为轻量级锁 —— 先将原 Mark Word（含 thread ID）保存到当前线程栈的 Lock Record 中，再 CAS 更新 Mark Word 为
000+ 指向该 Lock Record 的指针 - 轻量级锁膨胀：当自旋失败（如多核竞争激烈、自旋耗时超阈值），JVM 在堆中创建
ObjectMonitor，将 Mark Word 改为010+ 指向该 Monitor 的指针，并把所有 Lock Record 中的 Displaced Mark Word 拷贝进 Monitor 的 owner 字段等
注意几个关键细节
Mark Word 的解释不是静态的，而是**上下文敏感**的：同一组比特，在不同锁状态下含义完全不同。JVM 通过检查最低 3 位快速分支，决定如何解读其余位。
- 偏向锁默认开启（Java 6u23+），但启动后几秒内会禁用（避免启动阶段大量对象被偏向），可通过
-XX:+UseBiasedLocking和-XX:BiasedLockingStartupDelay=0控制 - 轻量级锁的 Lock Record 是线程私有栈帧里的一个结构，包含 Displaced Mark Word 和指针字段，不属于堆对象
- 重量级锁下，Mark Word 不再记录持有线程，而是交由
ObjectMonitor统一管理 wait set、entry list、owner 等，支持 wait/notify 和公平性 - 所有变更都要求 CAS 成功，否则重试或升级；因此 Mark Word 的更新必须是原子的，这也是为什么它被设计为单个机器字（word）大小
如何验证 Mark Word 变化
可借助 JOL（Java Object Layout） 工具配合调试代码观察。例如：
- 新建对象后调用
System.identityHashCode()，再用 JOL 查看，Mark Word 中通常含 hash code（001状态） - 在 synchronized 块中打印 JOL，对比进入前后 Mark Word 十六进制值变化（需禁用偏向延迟或等待偏向启用）
- 使用
-XX:+PrintAssembly（需 hsdis）可看到 lock 相关指令对 Mark Word 的 CAS 操作，但较复杂
