面试：Synchronized锁升级（理解）

偏向锁

偏向锁是JDK6中的重要引进，因为HotSpot作者经过研究实践发现，在大多数情况下，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，引进了偏向锁。

偏向锁是在单线程执行代码块时使用的机制，如果在多线程并发的环境下（即线程A尚未执行完同步代码块，线程B发起了申请锁的申请），则一定会转化为轻量级锁或者重量级锁。

引入偏向锁主要目的是：为了在没有多线程竞争的情况下尽量减少不必要的轻量级锁执行路径。因为轻量级锁的加锁解锁操作是需要依赖多次CAS原子指令的，而偏向锁只需要在置换ThreadID的时候依赖一次CAS原子指令（一旦出现多线程竞争锁的情况就必须撤销偏向锁或者升级为轻量级锁）。

轻量级锁

引入轻量级锁的主要目的是，在多线程竞争不激烈的情况下，减少传统的重量级锁使用操作系统互斥量产生的性能消耗。当关闭偏向锁功能或者多个线程竞争偏向锁导致偏向锁升级为轻量级锁，则会尝试获取轻量级锁，其步骤如下：

在线程进入同步块时，如果同步对象锁状态为无锁状态（锁标志位为“01”状态，是否为偏向锁为“0”），虚拟机首先将在当前线程的栈帧中建立一个名为锁记录（Lock Record）的空间，用于存储锁对象目前的Mark Word的拷贝，官方称之为 Displaced Mark Word。
拷贝对象头中的Mark Word复制到锁记录（Lock Record）中；
拷贝成功后，虚拟机将使用CAS操作尝试将对象Mark Word中的Lock Word更新为指向当前线程锁记录的指针，并将锁记录里的owner指针指向锁对象mark word。
如果更新成功，说明当前线程就拥有了该对象的锁，并且将对象Mark Word的锁标志位设置为“00”，即表示此对象处于轻量级锁定状态。如果更新失败，说明存在锁竞争，就会通过自旋来尝试获取锁，当自旋达到一定的次数仍没有获取锁，说明对锁的竞争比较激烈，就会升级为重量级锁。

重量级锁

重量级锁是通过竞争一个monitor对象的所有权实现的。每一个对象都有一个monitor对象（监视器）与之关联，当一个对象的monitor被持有后，该对象就处于锁定状态。

Synchronized实现同步代码块

Synchronized实现同步代码块时，是通过mointorenter和monitorexit指令实现的，编译之后的同步代码块被包裹在mointorenter和monitorexit指令之间。

线程执行monitorenter指令时尝试获取monitor的所有权，

如果monitor的进入数为0，则该线程进入monitor，然后将进入数设置为1，该线程即为monitor的所有者；
如果线程已经占有该monitor，只是重新进入，则进入monitor的进入数加1；
如果其他线程已经占用了monitor，则该线程进入阻塞状态，直到monitor的进入数为0，再重新尝试获取monitor的所有权；

执行monitorexit的线程必须是所对应的monitor的所有者。指令执行时，monitor的进入数减1，如果减1后进入数为0，那线程退出monitor，不再是这个monitor的所有者。其他被这个monitor阻塞的线程可以尝试去获取这个 monitor 的所有权。注意，monitorexit指令出现了两次，第1次为同步正常退出释放锁；第2次为发生异步退出释放锁；

Synchronized实现同步方法

当调用方法时，调用指令将会检查方法的 ACC_SYNCHRONIZED 访问标志是否被设置，如果设置了，执行线程将先获取monitor，获取成功之后才能执行方法体，方法执行完后再释放monitor。

同步代码块和同步方法，两种同步方式本质上没有区别，都是通过获取monitor实现。只是方法的同步是一种隐式的方式来实现，无需通过字节码来完成。两个指令的执行是JVM通过调用操作系统的互斥原语mutex来实现，被阻塞的线程会被挂起、等待重新调度，会导致“用户态和内核态”两个态之间来回切换，对性能有较大影响。