最近在看《Java并发编程的艺术》，看到一个常见的面试点 Synchronized实现原理，这块知识工作中也用不到，但是我们还是有必要了解下这个，毕竟我们是专业的。
本文主体思路
1.Monitor
2.实例对象的存储构成
3.偏向锁、轻量锁、重量锁
4.锁的膨胀过程
5.锁的对比
1.Monitor
顾名思义，对象的监视器，只要发生同步操作，线程就为当前对象创建一个Monitor对象与之关联，Monitor只能被一个线程持有，此时当前对象就处于锁定状态，其它线程只能阻塞等待。
Java虚拟机（HotSpot）中，Monitor是通过ObjectMonitor实现的（c++），里面有三个重要的属性
ObjectMonitor() {
_header = NULL;
_count = 0; //记录个数
_waiters = 0,
_recursions = 0;
_object = NULL;
_owner = NULL;
_WaitSet = NULL; //处于wait状态的线程，会被加入到_WaitSet
_WaitSetLock = 0 ;
_Responsible = NULL ;
_succ = NULL ;
_cxq = NULL ;
FreeNext = NULL ;
_EntryList = NULL ; //处于等待锁block状态的线程，会被加入到该列表
_SpinFreq = 0 ;
_SpinClock = 0 ;
OwnerIsThread = 0 ;
}
Monitor 有两个队列 _WaitSet 和 _EntryList，存储ObjectWaiter列表(所有等待的线程都会被包装成ObjectWaiter)；① 线程申请owner Monitor对象，首先会被加入到 _EntryList ；② 线程申请owner Monitor对象，进入到 Owner区域，此时_count +1； ③线程调用wait方法，释放锁，进入到 _WaitSet ，此时_count -1 ④ 线程再次申请owner ⑤ 线程处理完毕后释放资源并退出。
Synchronized 锁的管理就是依托于Monitor，当线程owner Monitor的时候则拥有进行同步操作的权利，线程进入同步块调用monitorenter指令，退出同步块则调用monitorexit，释放对Monitor的持有。
如何获取锁也就是如何owner Monitor呢？
2.实例对象构成
实例对象结构
对象头
主要存放 MarkWord，MarkWord里存储了对象的hashcode 以及锁信息等。除了MarkWord 对象头里还存放类的元信息--Class对象的指针(内存地址)。如果数组的话，还会再存储下数组的长度。
实例数据
实例数据部分是对象真正存储的有效信息，也是程序代码中所定义的各种类型的字段内容。包括从父类继承来的，都会记录下来。
对齐填充
HotSpot要求对象的起止地址(姑且认为是对象大小)必须是8的整数倍，对象头部分正好是8的倍数，因此当实例数据部分不是8的倍数的话就需要填充了。
3.偏向锁、轻量锁、重量锁
JavaSE1.6为了减少获得锁和释放锁带来的性能消耗，引入了偏向锁、轻量锁。而锁的信息则是在对象头的MarkWord里。Mark Word的存储内容会随着锁的变化而变化，下面的表格就是不同的锁状态对应的存储内容。
MarkWord 不同锁状态对应的存储
锁的变化归根结底还是线程改写Mark Word的操作。
3.1偏向锁
HotSpot 作者经过研究发现，大多数情况下，锁不仅不存在竞争而且总由同一个线程获得，为了让线程获取锁的代价更低，引入了偏向锁。
偏向锁的获取
case1
当前是无锁状态，是则将自己的线程id，写入到Mark Word，同时是否是偏向锁写入1，当前线程持有该对象的偏向锁
case2
当前对象已经是偏向锁，判断Mark Word里存的 线程id是不是自己的，如果是则继续持有偏向锁
case3
当前对象已经是偏向锁，并且Mark Word里存的 线程id也不是自己的，当前线程用过CAS尝试将Mark Word里的线程id改写成自己，如果改写成功则当前线程持有偏向锁
偏向锁的撤销
上面case3，如果当前线程尝试改写Mark Word的线程ID为自己，改写失败，等待进入全局安全点的时候，它(个人觉得是JVM)首先暂停原持有偏向锁的线程，然后检查原持有偏向锁的线程是否处于不活动或者退出同步，是则当前线程将自己线程id写入Mark Word，持有偏向锁。否则当前线程将对象标记为轻量级锁。原持有偏向锁的线程恢复执行，执行完毕退出同步块并唤醒暂停的线程。
关闭偏向锁配置
java6和7里默认是开启偏向锁的，如果你确定应用程序里所有的锁通常是处于竞争状态，可以通过jvm参数配置关闭偏向锁
XX:-UseBiasedLocking=false
3.2 轻量锁
轻量级锁加锁
线程执行同步块之前，JVM会先在当前线程的栈桢中穿件存储锁记录的空间，并将对象头的Mark Word 复制到锁记录，官方称 Displaced Mark Word。然后线程尝试将对象头Mark Word替换为指向锁记录的指针也就是Displaced Mark Word的内存地址，同时改写锁标识为00。如果替换成功则持有偏向锁。如果失败则尝试自旋获取，自旋有次数限制，超过后则膨胀为重量级锁。
轻量级锁解锁
轻量级解锁，会通过CAS将Displaced Mark Word替换回到对象头，如果成功则没有竞争，退出同步块。失败则说明存在竞争，膨胀为重量级锁。
3.3 重量锁
这个则是最原始的锁竞争则阻塞，锁释放则唤醒
3.4 几个锁对应的Mark Word的变化
锁与Mark Word内容
4.锁的膨胀过程
对象的锁会随着竞争情况逐渐升级，但是不能降级。
锁升级
前面简单通过文字描述了下 偏向锁、轻量锁、重量锁的各自操作，不过还是一个完整的流程图看着更为清晰。
如果还是不理解，强烈建议看下https://www.jianshu.com/p/afa5296a4832，这篇文章通过小故事来形象的解释。
5.锁的对比
6.最后
Synchronized实现原理，网上文章一大堆，我也只是作为一个网络知识的搬运工，带上的自己的理解，产出这篇文章。其实自己也并不是100%的完全能说清楚，不过大致的流程算是知道了。如果碰到哪里不明白或者觉得哪里描述的有问题的朋友，欢迎大家留言一起交流。
参考资料
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