前言
首先，synchronized 是什麼？我們需要明確的給個定義——同步鎖，沒錯，它就是把鎖。
可以用來幹嘛？鎖，當然當然是用於執行緒間的同步，以及保護臨界區內的資源。我們知道，鎖是個非常籠統的概念，像生活中有指紋鎖、密碼鎖等等多個種類，那 synchronized 代表的鎖具體是把什麼鎖呢？
答案是—— Java 內建鎖。在 Java 中，每個物件中都隱藏著一把鎖，而 synchronized 關鍵字就是啟用這把隱式鎖的把手（開關）。
先來簡單瞭解一下 synchronized，我們知道其共有 3 種使用方式：
修飾靜態方法：鎖住當前 class，作用於該 class 的所有例項 修飾非靜態方法：只會鎖住當前 class 的例項 修飾程式碼塊：該方法接受一個物件作為引數，鎖住的即該物件
使用方法就不在這裡贅述，可自行搜尋其詳細的用法，這不是本篇文章所關心的內容。
知道了 synchronized 的概念，回頭來看標題，它說的鎖升級到底是個啥？對於不太熟悉鎖升級的人來說，可能會想：
所謂鎖，不就是啪一下鎖上就完事了嗎？升級是個什麼玩意？
這跟打撲克牌也沒關係啊。
對於熟悉的人來說，可能會想：
不就是「無鎖 ==> 偏向鎖 ==> 輕量級鎖 ==> 重量級鎖 」嗎？
你可能在很多地方看到過上面描述的鎖升級過程，也能直接背下來。但你真的知道無鎖、偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖到底代表著什麼嗎？這些鎖儲存在哪裡？以及什麼情況下會使得鎖向下一個 level 升級？
想知道答案，我們似乎必須先搞清楚 Java 內建鎖，其內部結構是啥樣的？內建鎖又存放在哪裡？
答案在開篇提到過——在 Java 物件中。
那麼現在的問題就從「內建鎖結構是啥」變成了「Java 物件長啥樣」。
物件結構
從巨集觀上看，Java 物件的結構很簡單，分為三部分：
從微觀上看，各個部分都還可以深入展開，詳見下圖：
接下來分別深入討論一下這三部分。
物件頭
從腦圖中可以看出，其由 Mark Word、Class Pointer、陣列長度三個欄位組成。簡單來說：
Mark Word：主要用於儲存自身執行時資料 Class Pointer：是指標，指向方法區中該 class 的物件，JVM 通過此欄位來判斷當前物件是哪個類的例項 陣列長度：當且僅當物件是陣列時才會有該欄位
Class Pointer 和陣列長度沒什麼好說的，接下來重點聊聊 Mark Word。
Mark Word 所代表的「執行時資料」主要用來表示當前 Java 物件的執行緒鎖狀態以及 GC 的標誌。而執行緒鎖狀態分別就是無鎖、偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖。
所以前文提到的這 4 個狀態，其實就是 Java 內建鎖的不同狀態。
在 JDK 1.6 之前，內建鎖都是重量級鎖，效率低下。效率低下表現在
而在 JDK 1.6 之後為了提高 synchronized 的效率，才引入了偏向鎖、輕量級鎖。
隨著鎖競爭逐漸激烈，其狀態會按照「無鎖 ==> 偏向鎖 ==> 輕量級鎖 ==> 重量級鎖 」這個方向逐漸升級，並且不可逆，只能進行鎖升級，而無法進行鎖降級。
接下來我們思考一個問題，既然 Mark Word 可以表示 4 種不同的鎖狀態，其內部到底是怎麼區分的呢？（由於目前主流的 JVM 都是 64 位，所以我們只討論 64 位的 Mark Word）接下來我們通過圖片直觀的感受一下。
（1）無鎖
這個可以理解為單執行緒很快樂的執行，沒有其他的執行緒來和其競爭。
（2）偏向鎖
首先，什麼叫偏向鎖？舉個例子，一段同步的程式碼，一直只被執行緒 A 訪問，既然沒有其他的執行緒來競爭，每次都要獲取鎖豈不是浪費資源？所以這種情況下執行緒 A 就會自動進入偏向鎖的狀態。
後續執行緒 A 再次訪問同步程式碼時，不需要做任何的 check，直接執行（對該執行緒的「偏愛」），這樣降低了獲取鎖的代價，提升了效率。
看到這裡，你會發現無鎖、偏向鎖的 lock 標誌位是一樣的，即都是 01，這是因為無鎖、偏向鎖是靠欄位 biased_lock 來區分的，0 代表沒有使用偏向鎖，1 代表啟用了偏向鎖。為什麼要這麼搞？你可以理解為無鎖、偏向鎖在本質上都可以理解為無鎖（參考上面提到的執行緒 A 的狀態），所以 lock 的標誌位都是 01 是沒毛病的。
PS：這裡的執行緒 ID 是持有當前物件偏向鎖的執行緒
（3）輕量級鎖
但是，一旦有第二個執行緒參與競爭，就會立即膨脹為輕量級鎖。企圖搶佔的執行緒一開始會使用自旋：
的方式去嘗試獲取鎖。如果迴圈幾次，其他的執行緒釋放了鎖，就不需要進行使用者態到核心態的切換。雖然如此，但自旋需要佔用很多 CPU 的資源（自行理解汽車空檔瘋狂踩油門）。如果另一個執行緒 一直不釋放鎖，難道它就在這一直空轉下去嗎？
當然不可能，JDK 1.7 之前是普通自旋，會設定一個最大的自旋次數，預設是 10 次，超過這個閾值就停止自旋。JDK 1.7 之後，引入了適應性自旋。簡單來說就是：這次自旋獲取到鎖了，自旋的次數就會增加；這次自旋沒拿到鎖，自旋的次數就會減少。
（4）重量級鎖
上面提到，試圖搶佔的執行緒自旋達到閾值，就會停止自旋，那麼此時鎖就會膨脹成重量級鎖。當其膨脹成重量級鎖後，其他競爭的執行緒進來就不會自旋了，而是直接阻塞等待，並且 Mark Word 中的內容會變成一個監視器（monitor）物件，用來統一管理排隊的執行緒。
這個 monitor 物件，每個物件都會關聯一個。monitor 物件本質上是一個同步機制，保證了同時只有一個執行緒能夠進入臨界區，在 HotSpot 的虛擬機器中，是由 C++ 類 ObjectMonitor 實現的。
那麼 monitor 物件具體是如何來管理執行緒的？接下來我們看幾個 ObjectMonitor 類關鍵的屬性：
ContentionQueue：是個佇列，所有競爭鎖的執行緒都會先進入這個佇列中，可以理解為執行緒的統一入口，進入的執行緒會阻塞。 EntryList：ContentionQueue 中有資格的執行緒會被移動到這裡，相當於進行一輪初篩，進入的執行緒會阻塞。 Owner：擁有當前 monitor 物件的執行緒，即 —— 持有鎖的那個執行緒。 OnDeck：與 Owner 執行緒進行競爭的執行緒，同一時刻只會有一個 OnDeck 執行緒在競爭。 WaitSet：當 Owner 執行緒呼叫 wait()方法被阻塞之後，會被放到這裡。當其被喚醒之後，會重新進入 EntryList 當中，這個集合的執行緒都會阻塞。Count：用於實現可重入鎖，synchronized 是可重入的。
物件體
物件體包含了當前物件的欄位和值，在業務中u l是較為核心的部分。
對齊位元組
就是單純用於填充的位元組，沒有其他的業務含義。其目的是為了保證物件所佔用的記憶體大小為 8 的倍數，因為HotSpot VM 的記憶體管理要求物件的起始地址必須是 8 的倍數。
鎖升級
瞭解完 4 種鎖狀態之後，我們就可以整體的來看一下鎖升級的過程了。
執行緒 A 進入 synchronized 開始搶鎖，JVM 會判斷當前是否是偏向鎖的狀態，如果是就會根據 Mark Word 中儲存的執行緒 ID 來判斷，當前執行緒 A 是否就是持有偏向鎖的執行緒。如果是，則忽略 check，執行緒 A 直接執行臨界區內的程式碼。
但如果 Mark Word 裡的執行緒不是執行緒 A，就會通過自旋嘗試獲取鎖，如果獲取到了，就將 Mark Word 中的執行緒 ID 改為自己的；如果競爭失敗，就會立馬撤銷偏向鎖，膨脹為輕量級鎖。
後續的競爭執行緒都會通過自旋來嘗試獲取鎖，如果自旋成功那麼鎖的狀態仍然是輕量級鎖。然而如果競爭失敗，鎖會膨脹為重量級鎖，後續等待的競爭的執行緒都會被阻塞。
EOF
其實偏向鎖還有一個撤銷的過程，也是有代價的，但相比於偏向鎖帶好的好處，是能夠接受的。但我們這裡重點的還是關注鎖升級的具體邏輯和細節，關於鎖升級的過程就聊到這裡。
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