synchronized用的锁是存在Java对线头里的。如果对象是数组类型，则虚拟机用3个字宽（Word 一字宽等于4字节，即32bit）存储对象头，如果对象是非数组类型，则用2字宽存储对象头。

Java对象头的长度 Java对象头的存储结构

在运行期间，Mark Word里存储的数据会随着锁标志位的变化而变化。Mark Word可能变化为存储以下4种数据。

Mark Word的状态变化

在64位虚拟机下，Mark Word是64bit大小的，其存储结构如下

Mark Word的存储结构

锁一共有4种状态，级别从低到高依次是：无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态和重量级锁状态，这几个状态会随着竞争情况逐渐升级。锁可以升级但不能降级，意味着偏向锁成为轻量级锁之后不能再变回偏向锁。

1.偏向锁

大多数情况下，锁不仅不存在多线程竞争，而且总是由同一线程多次获得，为了让线程获得锁的代价更低而引入了偏向锁。当一个线程访问同步块并获取锁时，会在对象头和栈桢中的锁记录里存储锁偏向的线程ID，以后该线程在进入和退出同步块时不需要进行CAS操作来加锁和解锁，只需简单地测试一下对象头的Mark Word里是否存储着只想当前线程的偏向锁。如果测试成功，表示现场已经获得了锁。如果测试失败，则需要在测试一下Mark Word中偏向锁的标识是否设置成1（表示当前是偏向锁）：如果没有设置，则使用CAS竞争锁；如果设置了，则尝试使用CAS将对象头的偏向锁指向当前线程。

（偏向锁的撤销）

偏向锁使用了一种等到竞争出现才释放锁的机制，所以当其他线程尝试竞争偏向锁时，持有偏向锁的线程才会释放锁。偏向锁的撤销，需要等待全局安全点（这时候没有真在执行的字节码）。它会首先暂停拥有偏向锁的线程，然后检查持有偏向锁的线程是否活着，如果线程不处于活动状态，则将对象头设置成无锁状态；如果线程仍然活着，拥有偏向锁的栈会被执行，遍历偏向对象的锁记录，栈中的锁记录和对象头的Mark Word要么重新偏向于其他线程，要么恢复到无锁或者标记对象不适合作为偏向锁，最后唤醒暂停的线程。

（关闭偏向锁）

偏向锁在Java6和Java7里是默认启用的，但是它在应用程序启动几秒钟之后才激活，如有必要可以使用JVM参数来关闭延迟：-XX:BiasedLockingStartupDelay=0.如果你确定应用程序里所有的锁通常情况下处于竞争状态，可以通过JVM参数关闭偏向锁:-XX:-UseBiasedLocking=false,那么程序默认会进入轻量级锁状态。

2.轻量级锁

轻量级锁能提升程序同步性能的依据是“对于绝大部分的锁，在整个同步周期内都是不存在竞争的”

（轻量级锁加锁）

线程在执行同步块之前，JVM会先在当前线程的栈桢中创建用于存储锁记录的空间，并将对象头中的Mark Word复制到锁记录中。然后线程尝试使用CAS将对象头中的Mark Word替换为指向锁记录的指针。如果成功，当前线程获得锁，如果失败，表示其他线程竞争锁，当前线程便尝试使用自旋来获取锁。

（轻量级锁解锁）

轻量级解锁时，会使用原子的CAS操作将Displaced Mark Word替换回到对象头，如果成功，则表示没有竞争发生。如果失败，表示当前锁存在竞争，锁就会膨胀成重量级锁。

因为自旋消耗CPU，为了避免无用的自旋（比如获得锁的线程被阻塞住了），一旦锁升级成重量级锁，就不会再恢复到轻量级锁状态。当锁处于这个状态下，其他线程试图获取锁时，都会被阻塞住，当持有锁的线程释放锁之后会唤醒这些线程，被唤醒的线程就会进行新一轮的夺锁之争。

3.所得优缺点对比

偏向锁

优点：加锁和解锁不需要额外的消耗，和执行非同步方法相比仅存在纳秒级的差距。

缺点：如果线程间存在锁竞争，会带来额外的锁撤销的消耗。

使用场景：适用于只有一个线程访问同步块场景。

轻量级锁

优点：竞争的线程不会阻塞，提高了程序的响应速度。

缺点：如果始终得不到锁竞争的线程，使用自旋会消耗CPU。

适用场景：追求响应时间同步块执行速度非常快。

重量级锁

优点：线程竞争不使用自旋，不会消耗CPU。

缺点：线程阻塞，响应时间缓慢。

使用场景：追求吞吐量，同步块执行速度较长。