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Synchronized的偏向锁、轻量级锁以及重量级锁是通过Java对象头实现的。Java对象的内存布局分为：对象头、实例数据和对其填充，而对象头又可以分为”Mark Word”和类型指针klass
。”Mark Word”是关键，默认情况下，其存储对象的HashCode、分代年龄和锁标记位。
这里说的都是以HotSpot虚拟机为基准的。首先来看一下”Mark Word”的内容：
注意到这里的无锁和偏向锁在”Mark Word”的倒数第三bit中分别采用0和1标记。
偏向锁是JDK6中引入的一项锁优化，它的目的是消除数据在无竞争情况下的同步原语，进一步提高程序的运行性能。
偏向锁会偏向于第一个获得它的线程，如果在接下来的执行过程中，该锁没有被其他的线程获取，则持有偏向锁的线程将永远不需要同步。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而引入了偏向锁。
当锁对象第一次被线程获取的时候，线程使用CAS操作把这个锁的线程ID记录再对象Mark Word之中，同时置偏向标志位1。以后该线程在进入和退出同步块时不需要进行CAS操作来加锁和解锁，只需要简单地测试一下对象头的Mark Word里是否存储着指向当前线程的偏向锁。如果测试成功，表示线程已经获得了锁。
如果线程使用CAS操作时失败则表示该锁对象上存在竞争并且这个时候另外一个线程获得偏向锁的所有权。当到达全局安全点（safepoint，这个时间点上没有正在执行的字节码）时获得偏向锁的线程被挂起，膨胀为轻量级锁（涉及Monitor Record，Lock Record相关操作，这里不展开），同时被撤销偏向锁的线程继续往下执行同步代码。
当有另外一个线程去尝试获取这个锁时，偏向模式就宣告结束。
线程在执行同步块之前，JVM会先在当前线程的栈帧中创建用于存储锁记录(Lock Record)的空间，并将对象头中的Mard Word复制到锁记录中，官方称为Displaced Mark Word。然后线程尝试使用CAS将对象头中的Mark Word替换为指向锁记录的指针。如果成功，当前线程获得锁，如果失败，表示其他线程竞争锁，当前线程便尝试使用自旋来获取锁。如果自旋失败则锁会膨胀成重量级锁。如果自旋成功则依然处于轻量级锁的状态。
轻量级锁的解锁过程也是通过CAS操作来进行的，如果对象的Mark Word仍然指向线程的锁记录，那就用CAS操作把对象当前的Mark Word和线程中赋值的Displaced Mark Word替换回来，如果替换成功，整个同步过程就完成了，如果替换失败，就说明有其他线程尝试过获取该锁，那就要在释放锁的同时，唤醒被挂起的线程。
轻量级锁提升程序同步性能的依据是：对于绝大部分的锁，在整个同步周期内都是不存在竞争的（区别于偏向锁）。这是一个经验数据。如果没有竞争，轻量级锁使用CAS操作避免了使用互斥量的开销，但如果存在锁竞争，除了互斥量的开销外，还额外发生了CAS操作，因此在有竞争的情况下，轻量级锁比传统的重量级锁更慢。
整个Synchronized锁流程如下：
- 检测Mark Word里面是不是当前线程的ID，如果是，表示当前线程处于偏向锁
- 如果不是，则使用CAS将当前线程的ID替换Mard Word，如果成功则表示当前线程获得偏向锁，置偏向标志位1
- 如果失败，则说明发生竞争，撤销偏向锁，进而升级为轻量级锁。
- 当前线程使用CAS将对象头的Mark Word替换为锁记录指针，如果成功，当前线程获得锁
- 如果失败，表示其他线程竞争锁，当前线程便尝试使用自旋来获取锁。
- 如果自旋成功则依然处于轻量级状态。
- 如果自旋失败，则升级为重量级锁。