大白话描述原理
首先明确第一个概念是对象头，对象头是每个对象都有的，里面标记了各种对象元数据，比如hashcode、Monitor地址指针、当前Thread引用地址等
Monitor 被翻译为监视器或管程 每个 Java 对象都可以关联一个 Monitor 对象，如果使用 synchronized 给对象上锁（重量级）之后，该对象头的 Mark Word 中就被设置指向 Monitor 对象的指针 
刚开始 Monitor 中 Owner 为 null 当 Thread-2 执行 synchronized(obj) 就会将 Monitor 的所有者 Owner 置为 Thread-2，Monitor中只能有一 个 Owner 在 Thread-2 上锁的过程中，如果 Thread-3，Thread-4，Thread-5 也来执行 synchronized(obj)，就会进入 EntryList BLOCKED Thread-2 执行完同步代码块的内容，然后唤醒 EntryList 中等待的线程来竞争锁，竞争的时是非公平的 图中 WaitSet 中的 Thread-0，Thread-1 是之前获得过锁，但条件不满足进入 WAITING 状态的线程，后面讲 wait-notify 时会分析
当使用synchronized关键字加在对象方法的时候锁对象会关联一个Monitor监视器对象，等到第一个线程过来获取锁Owner的指向当前线程、此时第二个线程过来强锁、会关联到EntryList这个链表上同时阻塞
大白话锁升级过程
synchronized的锁升级有
- 初始化的无锁状态
- 当第一个线程过来拿到对象锁，偏向锁（如果是当前线程重入或者是后续一直都是这一个线程在获取当前锁）
- 当多个线程过来抢锁，此时升级为自旋锁，通过cas自旋来修改锁对象头的锁记录
- 自旋到一定次数大概10次左右，升级为重量级锁（向jvm申请Monitor监视器对象关联到当前锁对象、讲自己挂在到Monitor的EntryList阻塞链表上、然后阻塞自己线程）
- 锁消除概念：方法内的作用域有效 并不会出现多线程问题 这个时候 编译会优化 锁消除
Synchronized是Java中解决并发问题的一种最常用的方法，也是最简单的一种方法。Synchronized的作用主要有三个：
- 原子性：确保线程互斥的访问同步代码；
- 可见性：保证共享变量的修改能够及时可见，其实是通过Java内存模型中的 “对一个变量unlock操作之前，必须要同步到主内存中；如果对一个变量进行lock操作，则将会清空工作内存中此变量的值，在执行引擎使用此变量前，需要重新从主内存中load操作或assign操作初始化变量值” 来保证的；
- 有序性：有效解决重排序问题，即 “一个unlock操作先行发生(happen-before)于后面对同一个锁的lock操作”；
从语法上讲，Synchronized可以把任何一个非null对象作为”锁”，在HotSpot JVM实现中，锁有个专门的名字：对象监视器（Object Monitor）。
Synchronized总共有三种用法：
- 当synchronized作用在实例方法时，监视器锁（monitor）便是对象实例（this）；
- 当synchronized作用在静态方法时，监视器锁（monitor）便是对象的Class实例，因为Class数据存在于永久代，因此静态方法锁相当于该类的一个全局锁；
- 当synchronized作用在某一个对象实例时，监视器锁（monitor）便是括号括起来的对象实例；
注意，synchronized 内置锁 是一种 对象锁（锁的是对象而非引用变量），作用粒度是对象 ，可以用来实现对 临界资源的同步互斥访问 ，是 可重入 的。其可重入最大的作用是避免死锁，如：
子类同步方法调用了父类同步方法，如没有可重入的特性，则会发生死锁；
如果一个线程A调用一个实例对象的非static synchronized方法，而线程B需要调用这个实例对象所属类的静态 synchronized方法，是允许的，不会发生互斥现象，因为访问静态 synchronized 方法占用的锁是当前类的class对象，而访问非静态 synchronized 方法占用的锁是当前实例对象锁
本篇我们讲通过大量实例代码及hotspot源码分析偏向锁(批量重偏向、批量撤销)、轻量级锁、重量级锁及锁的膨胀过程（也就是锁的升级过程）。
Java的对象头和对象组成详解
1，对象头
1）Mark Word
Mark Word记录了对象和锁有关的信息，当这个对象被synchronized关键字当成同步锁时，围绕这个锁的一系列操作都和Mark Word有关。
Mark Word在32位JVM中的长度是32bit，在64位JVM中长度是64bit。
Mark Word在不同的锁状态下存储的内容不同，在32位JVM中是这么存的：
其中无锁和偏向锁的锁标志位都是01，只是在前面的1bit区分了这是无锁状态还是偏向锁状态。
JDK1.6以后的版本在处理同步锁时存在锁升级的概念，JVM对于同步锁的处理是从偏向锁开始的，随着竞争越来越激烈，处理方式从偏向锁升级到轻量级锁，最终升级到重量级锁。
锁升级过程
1，当没有被当成锁时，这就是一个普通的对象，Mark Word记录对象的HashCode，锁标志位是01，是否偏向锁那一位是0。
2，当对象被当做同步锁并有一个线程A抢到了锁时，锁标志位还是01，但是否偏向锁那一位改成1，前23bit记录抢到锁的线程id，表示进入偏向锁状态。
3，当线程A再次试图来获得锁时，JVM发现同步锁对象的标志位是01，是否偏向锁是1，也就是偏向状态，Mark Word中记录的线程id就是线程A自己的id，表示线程A已经获得了这个偏向锁，可以执行同步锁的代码。
4，当线程B试图获得这个锁时，JVM发现同步锁处于偏向状态，但是Mark Word中的线程id记录的不是B，那么线程B会先用CAS操作试图获得锁，这里的获得锁操作是有可能成功的，因为线程A一般不会自动释放偏向锁。如果抢锁成功，就把Mark Word里的线程id改为线程B的id，代表线程B获得了这个偏向锁，可以执行同步锁代码。如果抢锁失败，则继续执行。
5，偏向锁状态抢锁失败，代表当前锁有一定的竞争，偏向锁将升级为轻量级锁。JVM会在当前线程的线程栈中开辟一块单独的空间，里面保存指向对象锁Mark Word的指针，同时在对象锁Mark Word中保存指向这片空间的指针。上述两个保存操作都是CAS操作，如果保存成功，代表线程抢到了同步锁，就把Mark Word中的锁标志位改成00，可以执行同步锁代码。如果保存失败，表示抢锁失败，竞争太激烈，继续执行步骤6。
6，轻量级锁抢锁失败，JVM会使用自旋锁，自旋锁不是一个锁状态，只是代表不断的重试，尝试抢锁。从JDK1.7开始，自旋锁默认启用，自旋次数由JVM决定。如果抢锁成功则执行同步锁代码，如果失败则继续执行步骤7。
7，自旋锁重试之后如果抢锁依然失败，同步锁会升级至重量级锁，锁标志位改为10。在这个状态下，未抢到锁的线程都会被阻塞。
2）指向类的指针
该指针在32位JVM中的长度是32bit，在64位JVM中长度是64bit。
Java对象的类数据保存在方法区。
3）数组长度（只有数组对象才有）
只有数组对象保存了这部分数据。
该数据在32位和64位JVM中长度都是32bit。
2，实例数据
3，对齐填充字节
因为JVM要求java的对象占的内存大小应该是8bit的倍数，所以后面有几个字节用于把对象的大小补齐至8bit的倍数，没有特别的功能。
为什么需要锁？
因为在并发情况为了保证线程的安全性，是在一个多线程环境下正确性的概念，也就是保证多线程环境下共享的、可修改的状态的正确性（这里的状态指的是程序里的数据），在java程序中我们可以使用synchronized关键字来对程序进行加锁。
当声明synchronized代码块的时候，编译成的字节码将包含monitorenter指令 和 monitorexit指令。这两种指令均会消耗操作数栈上的一个引用类型的元素（也就是 synchronized 关键字括号里的引用），作为所要加锁解锁的锁对象。
（注意：jdk 1.6以前synchronized 关键字只表示重量级锁，1.6之后区分为偏向锁、轻量级锁、重量级锁。）
所谓锁的升级、降级，就是 JVM 优化 synchronized 运行的机制，当 JVM 检测到不同的竞争状况时，会自动切换到适合的锁实现，这种切换就是锁的升级、降级：
- 当没有竞争出现时，默认会使用偏向锁。JVM 会利用 CAS 操作（compare and swap），在对象头上的 Mark Word 部分设置线程 ID，以表示这个对象偏向于当前线程，所以并不涉及真正的互斥锁。这样做的假设是基于在很多应用场景中，大部分对象生命周期中最多会被一个线程锁定，使用偏向锁可以降低无竞争开销。
- 如果有另外的线程试图锁定某个已经被偏向过的对象，JVM 就需要撤销（revoke）偏向锁，并切换到轻量级锁实现。轻量级锁依赖 CAS 操作 Mark Word 来试图获取锁，如果重试成功，就使用轻量级锁；否则，进一步升级为重量级锁
那么我们来看段synchronized代码分析：
java代码：
public class TestDemo { } public class DemoExample1 { static TestDemo testDemo; public static void main(String[] args) throws Exception { testDemo= new TestDemo(); synchronized (testDemo){ System.out.println(“lock ing”); testDemo.hashCode(); System.out.println(ClassLayout.parseInstance(testDemo).toPrintable()); } } }
运行并分析TestDemo.class文件命令：
javap -c DemoExample1.class
分析结果：
Compiled from “DemoExample1.java” public class com.boke.DemoExample1 { static com.boke.TestDemo testDemo; public com.boke.DemoExample1(); Code: 0: aload_0 1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object.”
通过字节码可以看出包含一个monitorenter指令以及多个monitorexit指令。这是因为jvm需要确保所获得的锁在正常执行路径，以及异常执行路径上都能够被解锁。
我们可以抽象的理解为每个锁对象拥有一个锁计数器和一个指向持有该锁的线程的指针：
- 当执行 monitorenter 时，如果目标锁对象的计数器为 0，那么说明它没有被其他线程所持有。在这个情况下，Java 虚拟机会将该锁对象的持有线程设置为当前线程，并且将其计数器加 1。
- 在目标锁对象的计数器不为 0 的情况下，如果锁对象的持有线程是当前线程，那么 Java 虚拟机可以将其计数器加 1，否则需要等待，直至持有线程释放该锁。当执行 monitorexit 时，Java 虚拟机则需将锁对象的计数器减 1。当计数器减为 0 时，那便代表该锁已经被释放掉了。
- 之所以采用这种计数器的方式，是为了允许同一个线程重复获取同一把锁。举个例子，如果一个 Java 类中拥有多个 synchronized 方法，那么这些方法之间的相互调用，不管是直接的还是间接的，都会涉及对同一把锁的重复加锁操作。因此，我们需要设计这么一个可重入的特性，来避免编程里的隐式约束。
偏向锁、轻量级锁、重量级锁及锁的膨胀过程
无锁状态
开始时应该这样的，线程A和线程B要去争抢锁对象，但还未开始争抢，锁对象的对象头是无锁的状态也就是25bit位存的hashCode，4bit位存的对象的分代年龄，1bit位记录是否为偏向锁，2bit位记录状态，优先看最后2bit位，是01，所以说我们的对象可能无锁或者偏向锁状态的，继续前移一个位置，有1bit专门记录是否为偏向锁的，1代表是偏向锁，0代表无锁，刚刚开始的时候一定是一个无锁的状态，这个不需要多做解释，系统不同内部bit位存的东西可能有略微差异，但关键信息是一致的。
偏向锁
这时线程开始占有锁对象，比如线程A得到了锁对象。
线程A拿到锁对象，将我们的偏向锁标志位改为1，并且将原有的hashCode的位置变为23bit位存放线程A的线程ID（用CAS算法得到的线程A的ID），2bit位存epoch，偏向锁是永远不会被释放的。
接下来，线程B也开始运行，线程B也希望得到这把锁啊，于是线程B会检查23bit位存的是不是自己的线程ID，因为被线程A已经持有了，一定锁的23bit位一定不是线程B的线程ID了。
然后线程B也会不甘示弱，会尝试修改一次23bit位的对象头存储，如果说这时恰好线程A释放了锁，可以修改成功，然后线程B就可以持有该偏向锁了。如果修改失败，开始升级锁。自己无法修改，线程B只能找“大哥”了，线程B会通知虚拟机撤销偏向锁，然后虚拟机会撤销偏向锁，并告知线程A到达安全点进行等待。线程A到达了安全点，会再次判断线程是否已经退出了同步块，如果退出了，将23bit位置空，这时锁不需要升级，线程B可以直接进行使用了，还是将23bit的null改为线程B的线程ID就可以了。
轻量级锁
如果线程B没有拿到锁，我们就会升级到轻量级锁，首先会在线程A和线程B都开辟一块LockRecord空间，然后把锁对象复制一份到自己的LockRecord空间下，并且开辟一块owner空间留作执行锁使用，并且锁对象的前30bit位合并，等待线程A和线程B来修改指向自己的线程，假如线程A修改成功，则锁对象头的前30bit位会存线程A的LockRecord的内存地址，并且线程A的owner也会存一份锁对象的内存地址，形成一个双向指向的形式。而线程B修改失败，则进入一个自旋状态，就是持续来修改锁对象。
重量级锁
如果说线程B多次自旋以后还是迟迟没有拿到锁，他会继续上告，告知虚拟机，我多次自旋还是没有拿到锁，这时我们的线程B会由用户态切换到内核态，申请一个互斥量，并且将锁对象的前30bit指向我们的互斥量地址，并且进入睡眠状态，然后我们的线程A继续运行直到完成时，当线程A想要释放锁资源时，发现原来锁的前30bit位并不是指向自己了，这时线程A释放锁，并且去唤醒那些处于睡眠状态的线程，锁升级到重量级锁。
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