一.说一下synchronized关键字的底层原理

1.synchronized又叫同步锁，采用互斥的方式使同一时刻只能有一个线程持有锁。

2.jdk1.6及以前，synchronized底层是用monitor实现的。monitor是jvm级别的对象，由c++实现。每一个对象对应一个monitor，线程要获取锁需要通过一个对象去关联其monitor，由这个对象来充当锁介质，因此又叫对象锁。

3.monitor由三部分组成

（1）owner：关联当前持有锁的线程。同一时刻只能有一个线程持有锁。

（2）EntryList：关联所有没有竞争到锁的线程。当一个线程释放锁，会唤醒EntryList中所有线程一起争抢锁，与阻塞的先后顺序无关，因此是一种非公平锁。

（3）WaitSet：关联所有持有锁后调用wait()进入等待状态的线程，这些线程进入等待状态后会释放锁，等待被唤醒。

二.线程获取锁是如何通过对象关联monitor的？

1.在HotSpot虚拟机中，对象在内存的存储可分为三部分：

（1）对象头Header：Header又分为两部分

        a.MarkWord：存储对象自身运行时的数据，如HashCode、分代年龄、锁标识等。

        b.KlassPoint：存储指向对象数据类型的指针。

        c.如果对象是一个数组，则还会有第三部分存储数组的长度。

（2）实例数据InstanceData：存储对象数据，如成员变量等。

（3）填充数据PaddingData：如果对象头加实例数据的长度不是8的整数倍，则会用填充数据填到8的整数倍，为无意义数据。

2.Java中每个对象会关联一个Monitor对象，如果当前线程使用synchronized给对象上锁，且是重量级锁，则该对象的MarkWord会存储指向其Monitor对象的指针，线程通过该指针关联到其Monitor。

三.Monitor实现的锁是重量级锁，说一下锁升级机制

1.synchronized实现的锁都是可重入的，锁的状态可分为四种：

（1）无锁

        a.对象未被synchronized上锁，则是无锁状态。

        b.MarkWord存对象的HashCode、分代年龄、偏向锁标识、锁状态。

（2）偏向锁

        a.很长一段时间内，该锁只会被一个线程使用，则使用偏向锁。

        b.对于偏向锁，线程第一次上锁会通过CAS操作使对象的MarkWord关联线程id，后续线程对该锁的每次重入都只要比较线程id即可，无需再进行CAS操作。即多次重入仅进行一次CAS操作。

        c.MarkWord存锁关联的线程id、时间戳epoch、分代年龄、偏向锁标识、锁类型标识。

（3）轻量级锁

        a.如果该锁被多线程使用，但不同线程的加锁时间基本是错开的，即多线程对于锁的竞争不激烈，则使用轻量级锁。

        b.对于轻量级锁，线程第一次上锁会通过CAS操作使对象的MarkWord关联线程的锁记录路，后续的每次重入也要进行CAS操作，即每次重入都要进行一次CAS操作。

        c.MarkWord存 指向线程栈中锁记录的指针、锁类型标识。

（4）重量级锁

        a.如果该锁被多线程竞争使用，则使用重量级锁。

        b.重量级锁是通过Monitor实现的，而Monitor是jvm层面的对象，而jvm又是系统级别的，属于内核态。因此每次操作锁都要涉及到用户态和内核态的切换、进程上下文的切换，成本高性能低。

        c.MarkWord关联 指向Monitor对象的指针、锁类型标识。

2.锁升级机制

（1）对象被创建出来，未被synchronized加锁，此时属于无锁状态。

（2）当线程第一次执行到synchronized代码块，给对象加锁，此时无锁升级为偏向锁，意为偏向于第一个加锁的线程的锁。若一直只有该线程使用该锁，则该锁一直是偏向锁。

（3）当锁是偏向锁时，如果被其他线程访问，则偏向锁升级为轻量级锁。轻量级锁情况下，未竞争到锁的线程不会进入阻塞，而是会进入自旋。

自旋：线程不断重复未成功的操作，直至成功。若一直未成功，则一直重复失败操作，直至成功为止，因此又称为自旋锁。

（4）当轻量级锁中的某个线程自旋次数达到设置的最大自旋次数时，表明锁竞争激烈，此时轻量级锁升级为重量级锁。

轻量级锁情况下：若线程未竞争到锁，不会释放cpu，而是会自旋，空耗cpu时间片，直到成功竞争到锁。

重量级锁情况下：若线程未竞争到锁，则进入阻塞，释放cpu。；当锁被释放时，由操作系统唤醒该线程。

上述四种状态随着锁竞争的激烈程度不断升级，构成锁的升级。锁的升级是不可逆的，只能升级不能降级。