前言：
在多線程並發編程中synchronized一直是元老級角色，很多人都會稱呼它爲重量級鎖。
先來看下利用synchronized實現同步的基礎：Java中的每一個對象都可以作爲鎖。具體表現 爲以下3種形式。
·對於普通同步方法，鎖是當前實例對象。
·對於靜態同步方法，鎖是當前類的Class對象。
·對於同步方法塊，鎖是Synchonized括號裏配置的對象。
當一個線程試圖訪問同步代碼塊時，它首先必須得到鎖，退出或拋出異常時必須釋放鎖。 那麼鎖到底存在哪裏呢？鎖裏面會存儲什麼信息呢？
Synchonized在JVM裏的實現原理：
JVM基於進入和退出Monitor對象來實現方法同步和代碼塊同步，但兩者的實現細節不一樣。代碼塊同步是使用monitorenter 和monitorexit指令實現的，而方法同步是使用另外一種方式實現的，細節在JVM規範裏並沒有 詳細說明。但是，方法的同步同樣可以使用這兩個指令來實現。 monitorenter指令是在編譯後插入到同步代碼塊的開始位置，而monitorexit是插入到方法結束處和異常處，JVM要保證每個monitorenter必須有對應的monitorexit與之配對。任何對象都有一個monitor與之關聯，當且一個monitor被持有後，它將處於鎖定狀態。線程執行到monitorenter指令時，將會嘗試獲取對象所對應的monitor的所有權，即嘗試獲得對象的鎖。
1、Java對象頭
synchronized用的鎖是存在Java對象頭裏的。如果對象是數組類型，則虛擬機用3個字寬 （Word）存儲對象頭，如果對象是非數組類型，則用2字寬存儲對象頭。在32位虛擬機中，1字寬 等於4字節，即32bit，如表所示。
Java對象頭裏的Mark Word裏默認存儲對象的HashCode、分代年齡和鎖標記位。32位JVM 的Mark Word的默認存儲結構如表所示。
對象頭存儲結構
Mark Word可能變 化爲存儲以下4種數據：
2、鎖的升級與對比
Java SE 1.6爲了減少獲得鎖和釋放鎖帶來的性能消耗，引入了“偏向鎖”和“輕量級鎖”，在 Java SE 1.6中，鎖一共有4種狀態，級別從低到高依次是：無鎖狀態、偏向鎖狀態、輕量級鎖狀態和重量級鎖狀態，這幾個狀態會隨着競爭情況逐漸升級。鎖可以升級但不能降級，意味着偏向鎖升級成輕量級鎖後不能降級成偏向鎖。這種鎖升級卻不能降級的策略，目的是爲了提高獲得鎖和釋放鎖的效率，下文會詳細分析。
2.1、偏向鎖
大多數情況下，鎖不僅不存在多線程競爭，而且總是由同一線程多次獲得，爲了讓線程獲得鎖的代價更低而引入了偏向鎖。當一個線程訪問同步塊並獲取鎖時，
- 在對象頭和棧幀中的鎖記錄裏存儲鎖偏向的線程ID，
- 之後該線程在進入和退出 同步塊時不需要進行CAS操作來加鎖和解鎖
- 只需要簡單地測試一下對象頭的Mark Word裏是否 存儲着指向當前線程的偏向鎖。
- 如果測試成功，表示線程已經獲得了鎖。
- 如果測試失敗，則需要再測試一下Mark Word中偏向鎖的標識是否設置成1（表示當前是偏向鎖）
- 如果沒有設置，則 使用CAS競爭鎖；如果設置了，則嘗試使用CAS將對象頭的偏向鎖指向當前線程。
（1）偏向鎖的撤銷
偏向鎖使用了一種等到競爭出現才釋放鎖的機制，所以當其他線程嘗試競爭偏向鎖時， 持有偏向鎖的線程纔會釋放鎖。偏向鎖的撤銷，需要等待全局安全點（在這個時間點上沒有正在執行的字節碼）。它會首先暫停擁有偏向鎖的線程，然後檢查持有偏向鎖的線程是否活着， 如果線程不處於活動狀態，則將對象頭設置成無鎖狀態；如果線程仍然活着，擁有偏向鎖的棧會被執行，遍歷偏向對象的鎖記錄，棧中的鎖記錄和對象頭的Mark Word要麼重新偏向於其他線程，要麼恢復到無鎖或者標記對象不適合作爲偏向鎖，最後喚醒暫停的線程。下圖中的線程1演示了偏向鎖初始化的流程，線程2演示了偏向鎖撤銷的流程。
（2）關閉偏向鎖
偏向鎖在Java 6和Java 7裏是默認啓用的，但是它在應用程序啓動幾秒鍾之後才激活，如 有必要可以使用JVM參數來關閉延遲：-XX:BiasedLockingStartupDelay=0。如果你確定應用程 序裏所有的鎖通常情況下處於競爭狀態，可以通過JVM參數關閉偏向鎖：-XX:- UseBiasedLocking=false，那麼程序默認會進入輕量級鎖狀態。
2.2、 輕量級鎖
（1）輕量級鎖加鎖
線程在執行同步塊之前，1.JVM會先在當前線程的棧楨中創建用於存儲鎖記錄的空間，2.並將對象頭中的Mark Word複製到鎖記錄中，官方稱爲Displaced Mark Word。3.然後線程嘗試使用CAS將對象頭中的Mark Word替換爲指向鎖記錄的指針。如果成功，當前線程獲得鎖，如果失敗，表示其他線程競爭鎖，當前線程便嘗試使用自旋來獲取鎖。
（2）輕量級鎖解鎖
輕量級解鎖時，會使用原子的CAS操作將Displaced Mark Word替換回到對象頭，如果成功，則表示沒有競爭發生。如果失敗，表示當前鎖存在競爭，鎖就會膨脹成重量級鎖。圖2-2是 兩個線程同時爭奪鎖，導致鎖膨脹的流程圖。
因爲自旋會消耗CPU，爲了避免無用的自旋（比如獲得鎖的線程被阻塞住了），一旦鎖升級成重量級鎖，就不會再恢復到輕量級鎖狀態。當鎖處於這個狀態下，其他線程試圖獲取鎖時，都會被阻塞住，當持有鎖的線程釋放鎖之後會喚醒這些線程，被喚醒的線程就會進行新一輪的奪鎖之爭。
3.鎖的優缺點對比
鎖的優缺點對比如下: