Java程式碼在編譯後會變成Java位元組碼，位元組碼被類載入器載入到JVM裡，JVM執行位元組碼，最終需要轉化為彙編指令在CPU上執行，Java中所使用的併發機制依賴於JVM的實現和CPU的指令。

synchronized的實現原理與應用

在多執行緒併發程式設計中synchronized一直是元老級角色，很多人都會稱呼它為重量級鎖。但是，隨著Java SE 1.6對synchronized進行了各種優化之後，有些情況下它就並不那麼重了。

先來看下利用synchronized實現同步的基礎：Java中的每一個物件都可以作為鎖。具體表現為以下3種形式：

• 對於普通同步方法，鎖是當前例項物件。
• 對於靜態同步方法，鎖是當前類的Class物件。
• 對於同步方法塊，鎖是synchronized括號裡配置的物件。

當一個執行緒試圖訪問同步程式碼塊時，它首先必須得到鎖，退出或丟擲異常時必須釋放鎖。那麼所到底存在哪裡呢？鎖裡面會儲存什麼資訊呢？

從JVM規範中可以看到synchronized在JVM裡的實現原理，JVM基於進入和退出Monitor物件來實現方法同步和程式碼塊同步，但兩者的實現細節不一樣。程式碼塊同步是使用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規範裡並沒有詳細說明。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程式碼塊的開始位置，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。任何物件都有一個monitor與之關聯，當且一個monitor被持有後，它將處於鎖定狀態。執行緒執行到monitorenter指令時，將會嘗試獲取物件所對應的monitor的所有權，即嘗試獲得物件的鎖。

Java物件頭

synchronized用的鎖是存在Java物件頭裡的。如果物件是陣列型別，則虛擬機器用3個字款（Word）儲存物件頭，如果物件是非陣列型別，則用2字寬儲存物件頭。在32位虛擬機器中，1字寬等於4位元組，即32bit，如表所示：

Java物件頭裡的Mark Word裡預設儲存物件的HashCode、分代年齡和鎖標記位。32位JVM的Mark Word的預設儲存結構如表所示

在執行期間，Mark Word裡儲存的資料會隨著鎖標誌位的變化而變化。Mark Word可能變化位儲存以下4種資料，如表所示：

在64位虛擬機器下，Mark Word是64bit大小的，其儲存結構如表所示：

鎖的升級與對比

Java SE 1.6為了減少獲得鎖和釋放鎖帶來的效能消耗，引入了“偏向鎖”和“輕量級鎖”，在Java SE 1.6種，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，這幾個狀態會隨著競爭情況逐漸升級。鎖可以升級但不能降級，意味著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，目的是為了提高獲得鎖和釋放鎖的效率。

1.偏向鎖

HotSpot的作者經常研究發現，大多數情況下，鎖不僅不存在多執行緒競爭，而且總是由同一執行緒多次獲得，為了讓執行緒獲得鎖的代價更低而引入了偏向鎖。當一個執行緒訪問同步塊並獲取鎖時，會在物件頭和棧幀種的鎖記錄裡儲存鎖偏向的執行緒ID，以後該執行緒在進入和退出同步塊時不需要進行CAS操作來加鎖和解鎖，只需簡單地測試下物件頭的Mark Word裡是否儲存著指向當前執行緒的偏向鎖。如果測試成功，表示執行緒已經獲得了鎖。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定成1（表示當前是偏向鎖）；如果沒有設定，則使用CAS競爭鎖；如果設定了，則嘗試使用CAS將物件頭的偏向鎖指向當前執行緒。

3.鎖的優缺點對比