首先首区分内核态以及用户态

将操作系统分级别
用户态：只能访问用户能够访问的指令
内核态：执行在内核空间的，能访问所有指令

JDK早期，synchronized叫做重量级锁，因为申请锁资源必须通过kernel，系统调用，由JVM用户态到OS内核态，都需要经过用户态到内核态的转换。

认识对象的内存布局

对象的内存布局：当我们new一个对象的时候它里面的内存是如何分布的？
hotspot实现：

class T{
	int m;
}

当我们new如上对象的过程中，放到堆内存里面布局是：
最上面8个字节的markword
4个字节的内存指针（class pointer 通过指针找这个对象是属于哪个类的）
4个字节的instance data 就是T 里的 int 的大小(看有多少个成员变量)
一个对象在hotspot中的实现要求8字节对齐（这个对象的大小务必是8的整数倍）
通过Java Object Layout来对如上描述做一个证明：

public class HelloJOL {
    public static void main(String[] args) throws  Exception{
        Object o = new Object();
        //分析对象并打印结果
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
      /*  synchronized (o){
            System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
        }*/
    }
}

输出如下结果：

java.lang.Object object internals:
 OFFSET  SIZE   TYPE DESCRIPTION                               VALUE
      0     4        (object header)                           01 00 00 00 (00000001 00000000 00000000 00000000) (1)
      4     4        (object header)                           00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)
      8     4        (object header)                           e5 01 00 f8 (11100101 00000001 00000000 11111000) (-134217243)
     12     4        (loss due to the next object alignment)
Instance size: 16 bytes

首先从零开始往后数四个字节，又从第四个字节开始往后数四个字节，这里一共是八个字节（是markword），后面从第八个字节往后数四个字节就是内存指针，通过后面的value e5 01 00 f8 就能找到Object.class ,由于此处只有12个字节不能达到8字节的对齐，所以后面在12个字节的位置往后再数四个字节(loss due to the next object alignment)完成对象的对齐。

下面回归正题将上面的注解注释掉，看看sychronized加上这段话是如何输出的：

在这里插入图片描述
发现前两行的markword不同，发现上锁的本质就是在hotspot中改变了markword里面的内容，让markword记录所上锁的内容（markword还记录了hashcode的信息以及GC的信息）
如果要查看markword记录的具体内容可以查看，markOop.hpp里的内容：
在这里插入图片描述
如上注释分为两种一种是32位系统的一种是64位系统的，64位对应如下图所示：

锁升级的步骤：

当我们首先new 一个普通对象出来，一旦给这个对象加上sychonized修饰的话，他会升级为偏向锁，如果竞争有点激烈，会升级为轻量级锁（也称自旋锁，无锁态），竞争再加剧则通过操作系统申请重量级锁。
偏向锁和轻量级锁属于用户空间锁，不需要和操作系统交互。
重量级锁是需要向内核申请。
偏向锁概念：哪个线程先来就偏向于哪个，没必要设置竞争机制，只是将当前线程的指针设置在markword里面（无竞争，效率高）
轻量级锁概念：当锁竞争较激烈时，会转为自旋锁，当两个线程同时竞争同一把锁的时候，会在两个线程各自的内部都存储一个LR（Lock Record），这两个线程会通过自旋的方式竞争的将他们各自的Lock Record改变到markword上，一旦一个线程竞争到锁了改变了markword那么另一个线程就会通过CAS自选的方式一直等待当前这个竞争到锁资源的线程释放锁（在用户空间等待）
重量级锁：不在用户空间，这个锁从操作系统中申请，markword里面记录的是Object Monitor，就是JVM空间写的一个C++对象，而这个对象去访问的时候需要经过操作系统。

sychronized是可重入锁，重入次数必须记录，因为要解锁几次必须得对应
如果是偏向锁：
偏向锁（以及轻量级锁）->线程栈->LR+1
过程如下：首先无锁态存储的是identity HashCode，变为偏向锁的时候hashcode存入到LR指向的
displacedmarkword，偏向锁重入一次就再生成一个LR，此时LR的指针指向的是一个null（不需要再记录了，因为我此时已经记录了），解锁的时候就依次弹出最后解锁。
重量级锁：会记录在Object Monitor的一个字段上。

为什么有自旋锁还需要重量级锁？
如果持有锁执行时间较长，如果等待的线程较多，都在自旋等待，自旋是消耗CPU资源的，如果等的时间长，或者自旋
线程多，CPU被大量消耗，重量级锁里面有队列WaitSet，将自旋的线程放进去，将线程冻结到WaitSet中使其不占用CPU资源，等待操作系统调度。
偏向锁是否一定比自选锁效率高？
不一定，在明确知道会有多线程竞争的情况下，偏向锁肯定会涉及锁撤销过程（耗时间），这时候直接使用自旋锁。
JVM启动过程，会有很多线程竞争（明确），所以默认情况启动时不打开偏向锁，过一段时间才打开，默认情况下偏向锁有个时延，默认4s，由于偏向锁启动后没有偏向于任何线程叫做匿名偏向。

自旋锁什么时候升级为重量级锁？
竞争加剧：有线程超过10次自旋 -XX:PreBlockSpin，或者自旋线程数超过CPU核数的一半,1.6之后，加入自适应自选，JVM控制升级重量级锁