synchronized加锁背后的事

调用synchronized，会优先使用偏向锁和轻量级锁加锁，有竞争后才会升级为重量级锁。

对象obj，对象头中有MarkWord，结构状态如下，它会存储对象的哈希码、分代年龄、锁状态等。

一开始对对象加锁，如果没有禁用偏向锁，那么初始时加的是偏向锁，MarkWord对应上图State为Biased状态。（禁用了偏向锁，初始加的就是轻量级锁）

对象头MarkWord中的biased_lock表示偏向状态，默认是开启偏向状态的。即初始状态对象头MarkWord中biased_lock为1，最后3位为101。这时thread还没值，等到有线程对该对象加锁，thread会变成该线程的id（这个id不是java中Thread.currentThread().getId()的id，而是操作系统给线程分配的唯一标识），表示这个锁属于这个线程了。直到有别的线程来对这个对象加锁（即这个对象不止会被一个线程用），偏向锁就会升级为轻量级锁，MarkWord最后两位为00，前面62位记录锁记录地址。

• 加锁前，MarkWord最后3位为101，偏向状态开启，但线程id还没值，因为还没有线程对其加锁。
• 加锁后，线程id就有值了。
• 解锁后，线程id值仍然保留，标记着这个对象锁属于这个线程。

轻量级锁和偏向锁都是无竞争的，也就是线程来访问对象加锁的时间是错开的，只是偏向锁说明这个对象锁只属于一个线程，而如果出现多个线程对这个对象加锁，就会变成轻量级锁。如果有竞争，会升级为重量级锁。在其它线程使用了锁导致偏向锁升级称为轻量级锁的情况下，还会将对象变为不可偏向状态，即解锁后，MarkWord最后三位是001。

轻量级锁加锁流程：

Thread-0来对其进行加锁，Thread-0会在自己的栈帧中创建一个锁记录（Lock Record），它有自己的锁记录地址和对象引用，它尝试对对象obj加锁，就让自己的对象引用指向obj对象，并尝试用cas将锁记录地址与obj对象中MarkWord内容交换，如果交换成功，锁记录中存储MarkWord原来内容（hashCode、age分代年龄、biased_lock偏向锁状态等），对象的MarkWord中会存储锁记录地址与锁状态。（解锁后，又会用cas再交换回来）

图示加锁前：

图示加锁成功后：

再有Thread-1来对obj进行加锁，它cas交换就会失败，因为obj已经被Thread-0加锁了，那么有竞争了，会进行锁膨胀，Thread-1会去为obj对象申请一个Monitor，让obj指向Monitor，然后Thread-1进入Monitor的EntryList队列中阻塞等待。等到Thread-0执行完同步代码块内容，准备释放锁，它根据对象引用找到obj对象，cas想把数据交换回来，发现失败，因为锁已经膨胀了，于是它根据obj对象中记录的Monitor地址，找到Monitor，把owner置为null，表示解锁，并且唤醒EntryList阻塞队列中等待的线程。

关于Monitor：

每个Java对象都可以关联一个Monitor，当对象被加重量级锁后，对象头中MarkWord中就hi被设置为指向该Monitor的指针。

对对象加重量级锁时，线程会去跟操作系统申请Monitor（锁），Monitor中有Owner、EntryList、WaitSet，Owner是拥有该锁的线程，EntryList是获取锁失败的线程阻塞等待的队列，WaitSet是线程调用wait()方法后在此等待唤醒的休息室。

在尝试加轻量级锁，cas交换数据时，还有一种失败的情况，就是锁重入，如果同一个线程多次对obj加锁，那么第二次，它会cas失败，然后会在栈帧中再创建一个锁记录，有多少个锁记录，就表示锁重入了多少次。那么解锁时，也要解这么多次。

批量重偏向

偏向锁被其它线程访问导致升级为轻量级锁，也叫撤销偏向，当撤销达到一定阈值，仍有机会进行重偏向。

比如有30个对象都被线程t1加了偏向锁，然后又让线程t2去对这30个对象加锁，t2对对象加锁时，就会让偏向t1的锁升级为轻量级锁，撤销偏向t1，撤销次数达到一定阈值（20），就会让后面的对象（10个）批量重偏向t2（jvm觉得这些对象不应该给t1，都被t2访问这么多次，t1被撤销那么多次），这时重偏向t2的对象的MarkWord中最后3位为101，前面54bit存放t2的线程id，它们解锁后MarkWord也是最后3位为101，前面54bit记录着t2的线程id。

批量撤销

当撤销偏向次数达到更高的阈值（40），jvm会认为自己确实偏向错了，就根本不该给它偏向，于是整个类的对象都会变为不可偏向状态，新创建的对象也是不可偏向的。

比如，现在有40个对象，线程t1对它们加锁，40个对象都是偏向t1的。然后，让线程t2来对这40个对象加锁，那么前19个对象，会被撤销偏向t1，升级为轻量级锁，不可偏向状态，第20个对象，达到撤销阈值了，先撤销它对t1的偏向，然后偏向t2，后面20个对象也跟着重偏向t2，这时撤销次数是20。再让线程t3来对这40个对象加锁，前面19个都是不可偏向状态，加了锁直接就是轻量级锁，从第20个到39个，因为是偏向t2，被t3访问加锁，所以又开始撤销，撤销到第39个，撤销次数20，加上前面的20，达到撤销阈值40，于是该对象整个类都变成不可偏向状态。