1.對象存儲布局

對象頭：Java對象頭一般占有2個機器碼（在32位虛擬機中，1個機器碼等于4字節(jié)，也就是32bit，在64位虛擬機中，1個機器碼是8個字節(jié)，也就是64bit）。如果對象是數(shù)組類型，則需要3個機器碼，用第三個機器碼來記錄數(shù)組長度。
實例數(shù)據(jù)：存放類的屬性數(shù)據(jù)信息，包括父類的屬性信息。
對齊填充：由于虛擬機要求?對象起始地址必須是8字節(jié)的整數(shù)倍。填充數(shù)據(jù)不是必須存在的，僅僅是為了字節(jié)對齊。

2.對象頭

對象頭結(jié)構(gòu)

對象頭由三部分組成：Mark Word(標記字段），Class Pointer（類型指針）和數(shù)組長度，三個部分分別占用一個機器碼大小。
Mark Word:用于存儲對象自身的運行時數(shù)據(jù)，包括哈希碼（HashCode），GC分代年齡，鎖狀態(tài)標志，線程持有的鎖，偏向線程 ID，偏向時間戳等。
Class Pointer:對象指向它的class類元數(shù)據(jù)的指針，能夠通過這個指針來確定對象是哪個類的實例。
Array length:存儲數(shù)組的長度，只有數(shù)組對象才有該字段。

3.Mark Word(標記字段）

32位JVM無鎖狀態(tài)

32位JVM有鎖狀態(tài)

Mark Word被設(shè)計成一個非固定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以便在極小的空間內(nèi)存存儲盡量多的數(shù)據(jù)，它會根據(jù)對象的狀態(tài)復(fù)用自己的存儲空間。即Mark Word會隨著程序的運行發(fā)生變化，可能變化為存儲以上四種數(shù)據(jù)。注意不管數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)怎么變，最后的兩個bit都是鎖標志位。

4.鎖的狀態(tài)

鎖主要存在四種狀態(tài)：無鎖、偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖。鎖可以從偏向鎖升級到輕量級鎖，再升級的重量級鎖。但是鎖的升級是單向的，也就是說只能從低到高升級，不會出現(xiàn)鎖的降級。

偏向鎖：在大多數(shù)情況下，鎖不僅不存在多線程競爭，而且總是由同一線程多次獲得，為了讓線程獲得鎖的代價更低，引進了偏向鎖。當(dāng)一個線程訪問同步塊并獲取鎖時，會在對象頭和棧幀中的鎖記錄里存儲鎖偏向的線程ID，以后該線程進入和退出同步塊時不需要花費CAS操作來爭奪鎖資源，只需要檢查是否為偏向鎖、鎖標識為以及ThreadID即可。

輕量級鎖：依據(jù)是?“對于絕大部分的鎖，在整個生命周期內(nèi)都是不會存在競爭的”。

重量級鎖：通過對象內(nèi)部的一個叫做?監(jiān)視器鎖（Monitor）來實現(xiàn)的。但是監(jiān)視器鎖本質(zhì)又是依賴于底層的操作系統(tǒng)的Mutex Lock來實現(xiàn)的。而操作系統(tǒng)實現(xiàn)線程之間的切換這就需要從用戶態(tài)轉(zhuǎn)換到核心態(tài)，這個成本非常高，狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換需要相對比較長的時間，這就是為什么Synchronized效率低的原因。因此，這種依賴于操作系統(tǒng)Mutex Lock所實現(xiàn)的鎖我們稱之為?“重量級鎖”。

對比總結(jié)：如果是單線程使用，那偏向鎖毫無疑問代價最小，并且它就能解決問題，連CAS都不用做，僅僅在內(nèi)存中比較下對象頭就可以了。如果出現(xiàn)了其他線程競爭，則偏向鎖就會升級為輕量級鎖。如果其他線程通過一定次數(shù)的CAS嘗試沒有成功，則進入重量級鎖。假如遇到鎖升級，同步代碼塊就要做偏向鎖建立、偏向鎖撤銷、輕量級鎖建立、升級到重量級鎖，最終還是得靠重量級鎖來解決問題，那這樣的代價就比直接用重量級鎖要大不少了。

鎖對比

5.Synchronized的用法

Synchronized可以把任何一個非null對象作為"鎖"，有個專門的名字叫對象監(jiān)視器（Object Monitor）?？偣灿腥N用法：
1.當(dāng)synchronized作用在實例方法時，監(jiān)視器鎖（monitor）便是對象實例（this）。
2.當(dāng)synchronized作用在靜態(tài)方法時，監(jiān)視器鎖（monitor）便是對象的Class實例，因為Class數(shù)據(jù)存在于永久代，因此靜態(tài)方法鎖相當(dāng)于該類的一個全局鎖。
3.當(dāng)synchronized作用在某一個對象實例時，監(jiān)視器鎖（monitor）便是括號括起來的對象實例。

6.synchronized的實現(xiàn)

Synchronized關(guān)鍵字反編譯后，主要是在同步代碼塊的前后分別調(diào)用了monitorEnter 和monitorExit兩個方法。即進入同步代碼塊之前會調(diào)用monitorEnter 指令，退出同步代碼塊會執(zhí)行monitorExit指令。發(fā)生異常退出也會執(zhí)行monitorExit指令，JVM會保證這兩個指令成對出現(xiàn)。
JVM解釋器執(zhí)行monitorEnter指令時，實際上時進入native方法調(diào)用，這里會根據(jù)對象頭的狀態(tài)，使用偏向鎖，輕量級鎖或者重量級鎖去競爭共享對象，同時在此處也會根據(jù)競爭的情況把鎖進行膨脹升級。

7.JVM對鎖的優(yōu)化

鎖消除和鎖粗化

鎖消除：JVM檢測到不可能存在共享數(shù)據(jù)競爭，此時JVM會對這些同步鎖進行鎖消除。append操作是加鎖的，但buffer變量沒有逃逸，不存在多線程共享，因此可以直接消除append操作的鎖。
鎖粗化：JVM檢測到對同一個對象（buffer）連續(xù)加鎖、解鎖操作，會合并一個更大范圍的加鎖、解鎖操作，即加鎖解鎖操作會移到for循環(huán)之外。
鎖升級：Synchronized關(guān)鍵字在JDK1.5之前只使用重量級鎖，在JDK1.6之后引入了偏向鎖和輕量級鎖。會根據(jù)對象頭的狀態(tài)，選擇使用偏向鎖，輕量級鎖和重量級鎖。同時也會動態(tài)的升級鎖（即膨脹，把對象頭的鎖逐步升級，偏向鎖->輕量級鎖->重量級鎖）。