上一篇文章帶大家簡單瞭解了對象頭，及mark word的內容，那麼本文將來學習，mark word到底有什麼作用。其實就是synchronized的原理。
先將64位虛擬機的java對象Mark Word放在這，方便後面查看：
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| Mark Word(64bits) | State |
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| unused:25|identity_hashcode:31|unused:1|age:4|biase_lock:0| lock:01 | Nomal |
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| thread:54| epoch:2 |unused:1|age:4|biase_lock:1| lock:01 | Biased |
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| ptr_to_lock_record:62 | lock:00 | Lightweight Locked |
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| ptr_to_heavyweight_monitor:62 | lock:10 | Heavyweight Locked |
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| | lock:11 | Marked for GC |
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一、Monitor
在介紹Mark Word的時候，提到過Monitor，可以稱爲監視器或管程，下面我們看下它到底是個什麼東西。
每個 Java 對象都可以關聯一個 Monitor 對象，如果使用 synchronized 給對象上鎖（重量級）之後，該對象頭的Mark Word 中就被設置指向 Monitor 對象的指針。不加 synchronized 的對象不會關聯Monitor。
首先通過下圖展示管程的組成，以及和java對象的關係：
有一個java對象，上了一把synchronized（重量級鎖），當有線程獲取到鎖時，其對象頭中的Mark Word變成了指向Monitor的指針。（原本mark word當中的內容會存儲到Monitor當中，釋放時會取出這些內容再次放到mark word。）
thread3 來競爭這把鎖，此時只有它自己，那麼thread3將會被設置爲Monitor的Owner，有且只能有一個Owner。
如果thread3持有鎖的過程中，如果thread4和thread5也來競爭鎖，就會添加到EntryList當中，此時線程將被阻塞（BLOCKED）。
當thread執行完同步代碼塊當中的內容，會喚醒EntryList當中的線程來競爭鎖，此競爭是非公平的。
另外，在WaitSet當中的thread1和thread2，其狀態是WAITING，表示他們之前獲得過鎖，但是條件不滿足，此處不講解，後面在分析wait，notify時講解。
二、synchronized原理分析
2.1 synchronized字節碼分析
在上面瞭解Monitor後，進入java當中的重點，synchronized的學習。
有如下代碼：
static final Object object = new Object();
static int i = 0;
public static void main(String[] args) {
synchronized (object) {
i++;
}
}
其字節碼如下所示：
public static void main(java.lang.String[]);
Code:
0: getstatic #2 // 獲取鎖對象object
3: dup // 拷貝一份
4: astore_1 // 將拷貝的變量存儲到 slot 1中
5: monitorenter // 將Monitor指針設置到lock對象的Mark Word
6: getstatic #3 // 獲取靜態變量i
9: iconst_1 // 準備常數 1
10: iadd // 執行++ 操作
11: putstatic #3 // 將i當前值賦值給靜態變量
14: aload_1 // 獲取對象鎖
15: monitorexit // 重置對象的Mark Word，喚醒EntryList當中的線程
16: goto 24 // 跳轉到24 行
19: astore_2 // 將異常存儲到 slot 2 中
20: aload_1 // 獲取鎖對象
21: monitorexit // 重置對象的Mark Word，喚醒EntryList當中的線程
22: aload_2 // 獲取slot 2中的異常
23: athrow // 拋出異常
24: return // 方法返回
Exception table:
from to target type
6 16 19 any // 6 ~ 16 行爲正常代碼運行邏輯，如果在這之間發生了異常，則代碼跳轉值第19行
19 22 19 any // 19 ~ 22 是異常時，代碼執行的邏輯
關於上面字節碼的意思都在註釋中。
注意：在方法層面上的鎖，在字節碼當中不會有鎖體現，如下：
static final Object object = new Object();
static int i = 0;
public static synchronized void add() {
i++;
}
public static void main(String[] args) {
add();
}
字節碼如下：
public static synchronized void add();
Code:
0: getstatic #2 // Field i:I
3: iconst_1
4: iadd
5: putstatic #2 // Field i:I
8: return
public static void main(java.lang.String[]);
Code:
0: invokestatic #3 // Method add:()V
3: return
2.2 輕量級鎖
如開篇展示的對象Mark Word，共有5種鎖的狀態， 我們本小節講解其中之一，輕量級鎖相關的內容。
輕量級鎖是指在滿足一定的條件內，使用CAS（自旋）來嘗試獲取對象鎖的一種機制，如果超過以下條件，則會膨脹爲重量級鎖：
1）在jdk1.6前，默認10次，可通過-XX:PreBlockSpin來修改，或者自旋線程數超過CPU核數的一半。
2）jdk1.6之後，引入了自適應自旋鎖，次數並非一成不變。根據獲取鎖的成功率來決定是否能有更長的等待時間。
輕量級鎖仍然是使用synchronized，用戶其實是無感知的。
2.2.1 輕量級鎖的上鎖和釋放鎖
假設當前有一把對象鎖lock，兩個方法使用同一把鎖，且add當中會調用sub()方法，如下所示：
static final Object lock = new Object();
public void add(){
synchronized (lock){
sub();
}
}
public void sub(){
synchronized (lock){
}
}
- 當線程嘗試獲取這把鎖的時候，會創建鎖記錄（Lock Record），每個線程的棧幀（線程執行到的方法，都會生成對應的棧幀），都會包含一個鎖記錄的結構，可以用來存儲對象的Mark Word，如下所示：
- 讓鎖記錄中 Object Reference 指向鎖對象，並嘗試用 CAS 替換 Object 的 Mark Word，將 Mark Word 的值存入鎖記錄（如圖上的1），並將鎖記錄的地址存入Object的Mark Word（如圖上的2），如下所示：
- 如果CAS成功，對象的Mark Word將會存儲Lock Record 地址 和 鎖狀態 00，如下圖所示：
- 如果CAS失敗，此時會有兩種情況：
- 如果是其他線程已經持有了該輕量級鎖，則表示發生競爭，此時進入鎖膨脹。
- 如果是自己執行了 synchronized 鎖重入（就像我們示例代碼中的add()方法），那麼再添加一條 Lock Record 作爲重入的計數，只不過新添加的Lock Record中沒有Object的Mark word內容，爲null。如下所示：
當退出 synchronized 代碼塊（解鎖時）如果有取值爲 null 的鎖記錄，表示有重入，這時重置鎖記錄，表示重入計數減一，將null的Lock Record刪除。
-
當退出 synchronized 代碼塊（解鎖時）鎖記錄的值不爲 null，這時使用 CAS 將 Mark Word 的值恢復給對象頭。
- 成功，則解鎖成功。
- 失敗，說明輕量級鎖進行了鎖膨脹或已經升級爲重量級鎖，進入重量級鎖解鎖流程。