一、Java对象头

        由于Java面向对象的思想，在JVM中需要大量存储对象，存储时为了实现一些额外的功能，需要在对象中添加一些标记字段用于增强对象功能，这些标记字段组成了对象头。

        对象头包含两部分：运行时元数据（Mark Word）和类型指针（Klass Word）

以32位虚拟机为例：

普通对象：

数组对象：数组对象还需要记录数组长度

其中，运行时元数据Mark Word结构为：

1. 哈希值（HashCode），可以看作是堆中对象的地址
2. GC分代年龄（年龄计数器） (用于新生代from/to区晋升老年代的标准, 阈值为15)
3. 锁状态标志 (用于JDK1.6对synchronized的优化 -> 轻量级锁)
4. 线程持有的锁
5. 偏向线程ID (用于JDK1.6对synchronized的优化 -> 偏向锁)
6. 偏向时间戳

类型指针： 指向类元数据InstanceKlass，确定该对象所属的类型。指向的其实是方法区中存放的类元信息

 二、Monitor(锁)

         Monitor被翻译为监视器或管程；

         每个 Java 对象都可以关联一个 Monitor 对象，如果使用 synchronized 给对象上锁（重量级）之后，该对象头的Mark Word 中就被设置指向 Monitor 对象的指针（将对象与Monitor对象关联）。

 图解： 

        如下图所示，我们有一个临界区代码，当Thread2执行到synchronized(obj)，访问共享资源的时候：

1. 首先会将synchronized中的锁对象中对象头的MarkWord去尝试指向操作系统提供的Monitor对象，让锁对象中的MarkWord和Monitor对象相关联. 如果关联成功, 将obj对象头中的MarkWord的对象状态从01改为10。
2. 因为该Monitor没有和其他的obj的MarkWord相关联，所以Thread2就成为了该Monitor的Owner(所有者)。
3. 然后，又来了一个Thread1执行synchronized(obj)代码，它首先会检查是否能执行临界区代码，即检查obj是否关联了Montior，此时已经有关联了, 它就会去看看该Montior有没有所有者(Owner), 发现有所有者了(Thread2)；Thread1也会和该Monitor关联, 该线程就会进入到它的EntryList(阻塞队列)，EntryList是一个列表，若此时Thread3也执行到synchronized(obj)代码，也会进入阻塞队列。
4. 当Thread2执行完临界区代码后, Monitor的Owner(所有者)就空出来了. 此时就会通知Monitor中的EntryList阻塞队列中的线程, 这些线程通过竞争, 成为新的所有者。

• 刚开始 Monitor 中 Owner 为 null
• 当 Thread-2 执行 synchronized(obj) 就会将 Monitor 的所有者 Owner 置为 Thread-2，Monitor中只能有一个 Owner
• 在 Thread-2 上锁的过程中，如果 Thread-3，Thread-4，Thread-5 也来执行 synchronized(obj)，就会进入 EntryList BLOCKED
• Thread-2 执行完同步代码块的内容，然后唤醒 EntryList 中等待的线程来竞争锁，竞争时是非公平的
• 图中 WaitSet 中的 Thread-0，Thread-1 是之前获得过锁，但条件不满足进入 WAITING 状态的线程

注意：

• synchronized必须是进入同一对象的monitor才有上述效果
• 不加 synchronized 的对象不会关联监视器，不遵从以上规则

2.1 synchronized原理

示例程序：

static final Object lock = new Object();
static int counter = 0;
 
public static void main(String[] args) {
    synchronized (lock) {
        counter++;
    }
}

对应字节码：

    Code:
      stack=2, locals=3, args_size=1
         0: getstatic     #2                  // <- lock引用 （synchronized开始）
         3: dup
         4: astore_1                          // lock引用 -> slot 1
         5: monitorenter                  // 将 lock对象 MarkWord 置为 Monitor 指针
         6: getstatic     #3                  // <- i
         9: iconst_1                           // 准备常数 1
        10: iadd                                 // +1
        11: putstatic     #3                  // -> i
        14: aload_1                           // <- lock引用
        15: monitorexit                    // 将 lock对象 MarkWord 重置, 唤醒 EntryList

三、结束

        本文主要介绍了Java对象头以及Monitor，借此对synchronized的底层实现原理进行了说明。