前言首先，什么是synchronized？我们需要给一个明确的定义——同步锁，没错，就是锁。它可以用来做什么？当然，锁是用于线程之间的同步和临界区资源的保护。我们知道锁是一个很笼统的概念。生活中有指纹锁、密码锁等。synchronized所代表的锁是一种什么样的锁呢？答案是——Java内置锁。在Java中，每个对象中都隐藏着一把锁，synchronized关键字就是激活这把隐式锁的句柄（开关）。让我们先简单看一下同步。我们知道有3种使用方式：使用synchronized修饰静态方法：锁定当前类，作用于该类的所有实例。修改后的非静态方法：只会锁定当前类的实例。修改后的代码块：该方法接受一个对象作为参数，锁定对象为对象。使用方法这里不再赘述，详细用法大家可以自行搜索，不是本文的内容。知道了synchronized的概念，回过头来看题目，它说的lockupgrade到底是什么？不熟悉锁升级的人可能会想：所谓锁，不就是点一下锁就完了吗？升级是什么？这与玩扑克无关。熟悉的人可能会想：这不就是“无锁==>偏向锁==>轻量级锁==>重量级锁”吗？大家可能在很多地方都看到过上面介绍的锁升级过程，也可以直接背下来。但是你真的知道无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁是什么意思吗？这些锁存放在哪里？而在什么情况下，锁会升级到一个新的等级呢？想要知道答案，我们似乎要先搞清楚Java中内置的锁，它的内部结构是怎样的？内置锁存放在哪里？答案在开头就提到了——在Java对象中。所以现在的问题已经从“内置的锁结构是什么”变成了“Java对象长什么样子”。对象结构从宏观上看，Java对象的结构非常简单，分为三部分：Java对象结构从微观上看，每一部分都可以进一步展开。详见下图：Java对象结构详解接下来，我们将深入探讨这三个部分。从思维导图中可以看出，对象头由三个字段组成：MarkWord、ClassPointer、数组长度。简单来说：MarkWord：主要用来存放自己的运行时数据。类指针：是指向方法区中类的对象的指针。JVM使用这个字段来确定当前对象是哪个类的实例。数组长度：只有当对象是数组时，该字段才会存在。ClassPointer和arraylength没什么好说的。接下来，我们将重点介绍MarkWord。MarkWord所代表的“运行时数据”，主要用来表示当前Java对象的线程锁状态和GC标志。线程锁的状态有无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁。所以上面说的四种状态其实就是Java内置锁的不同状态。在JDK1.6之前，内置锁都是重量级锁，效率低下。效率低下体现在JDK1.6之后为了提高synchronized的效率引入了偏向锁和轻量级锁。随着锁的竞争越来越激烈，它的状态会逐渐向“无锁==>偏向锁==>轻量级锁==>重量级锁”的方向升级，并且是不可逆的。只能进行锁升级，不能进行锁降级。接下来，我们来思考一个问题。既然MarkWord可以代表4种不同的锁状态，那它们内部是怎么区分的呢？（因为目前主流的JVM都是64位的，我们只讨论64位的MarkWord）那我们通过图片来直观感受一下。(1)Lock-free和lock-free这可以理解为单个线程快乐的运行着，没有其他线程与之竞争。(2)偏向锁偏向锁首先，什么是偏向锁？比如一段同步代码，一直只有线程A访问过，既然没有其他线程竞争，那么每次去获取锁岂不是浪费资源？所以在这种情况下，线程A会自动进入偏向锁状态。当后续线程A再次访问同步代码时，不需要做任何检查，直接执行（对线程的“偏好”），降低了获取锁的成本，提高了效率。看到这里，你会发现无锁和偏向锁的锁标志位是一样的，也就是都是01。这是因为无锁和偏向锁是通过字段biased_lock来区分的。0表示不使用偏向锁，1表示启用偏向锁。你为什么这么做？你可以这样理解，无锁和偏向锁本质上都可以理解为无锁（参考上面提到的线程A的状态），所以锁的标志位为01是没有错的。PS：线程这里的ID是持有当前对象偏向锁的线程(3)LightweightlockLightweightlock但是，一旦有第二个线程参与竞争，它会立即展开为轻量级锁。试图抢占的线程最初将使用自旋：方法来尝试获取锁。如果循环多次，其他线程释放了锁，就没有必要从用户态切换到内核态。即便如此，旋转还是需要大量的CPU资源（理解汽车怠速疯狂踩油门）。如果另一个线程永远不会释放锁，它会一直在这里闲置吗？当然，这是不可能的。JDK1.7之前是普通自旋，会设置最大自旋次数。默认为10次。停止旋转。在JDK1.7之后，引入了自适应自旋。简单的说：如果这次自旋获得了锁，那么自旋的次数就会增加；如果本次自旋没有获取到锁，则自旋次数会减少。(4)重量级锁重量级锁上面说过，当试图抢占的线程的自旋达到阈值后，就会停止自旋，此时锁会膨胀为重量级锁。当它扩展为重量级锁时，其他竞争线程进来时不会自旋，而是直接阻塞等待，MarkWord中的内容会变成一个monitor对象，用来统一管理排队线程。这个监控对象，每个对象都会关联一个。监视器对象本质上是一种同步机制，确保只有一个线程可以同时进入临界区。在HotSpot虚拟机中，它是由C++类ObjectMonitor实现的。那么monitor对象是如何管理线程的呢？接下来我们看一下ObjectMonitor类的几个关键属性：ContentionQueue：是一个队列，所有竞争锁的线程都会先进入这个队列，可以理解为线程的统一入口。线程会阻塞。EntryList：ContentionQueue中符合条件的线程会被移到这里，相当于初步筛选了一轮，进来的线程会被阻塞。Owner：拥有当前监视器对象的线程，即持有锁的线程。OnDeck：对于与Owner线程竞争的线程，同一时间只有一个OnDeck线程在竞争。WaitSet：当Owner线程调用wait()方法被阻塞时，会放在这里。当它被唤醒后，会重新进入EntryList，这个集合的线程会被阻塞。count：用来实现可重入锁，synchronized是可重入的。对象体对象体包含当前对象的字段和值，ul是业务中的核心部分。对齐字节纯粹用于填充，没有其他业务意义。它的目的是保证对象占用的内存大小是8的倍数，因为HotSpotVM的内存管理要求对象的起始地址必须是8的倍数。锁升级了解四种锁状态后，我们可以整体来看一下锁的升级过程。线程A进入synchronized，开始抢锁。JVM会判断当前是否处于偏向锁状态。如果是，则根据MarkWord中保存的线程ID判断当前线程A是否为持有偏向锁的线程。如果是，则忽略检查，线程A直接执行临界区中的代码。但是如果MarkWord中的线程不是线程A，它就会尝试通过自旋来获取锁。如果获取到，则将MarkWord中的线程ID改成自己的；如果竞争失败，则立即撤销偏向锁，扩展为轻量级锁。随后的竞争线程将尝试通过自旋来获取锁。如果自旋成功，锁的状态仍然是轻量级锁。但是，如果竞争失败，锁会膨胀成重量级锁，后续正在等待的竞争线程会被阻塞。在锁升级过程EOF中，其实还有一个偏向锁的撤销过程，这个过程也是有代价的，但是相对于偏向锁的好处来说，是可以接受的。但是这里我们关注的仍然是锁升级的具体逻辑和细节，锁升级的过程就此打住。
