synchronized 的底层实现依赖 jvm monitor 机制，通过对象头 mark word 锁标志位（01/00/10）标识无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁状态，并借助操作系统互斥锁完成线程阻塞与唤醒。
synchronized 的底层实现依赖于 JVM 的监视器（Monitor）机制，核心是操作系统提供的互斥锁（Mutex Lock）与 Java 对象头中的锁标记配合完成的。
对象头与锁标志位
每个 Java 对象在堆中都有一个对象头（Object Header），其中包含 Mark Word。Mark Word 在 64 位 JVM 中通常为 8 字节，存储哈希码、GC 分代年龄、线程 ID、锁状态等信息。synchronized 初次加锁时，JVM 会尝试将 Mark Word 中的锁标志位设为“01”（未锁定），并记录偏向线程 ID（若开启偏向锁）；否则进入轻量级锁流程。
- 无锁状态：Mark Word 存储对象哈希码或 GC 信息，锁标志位为 01
- 偏向锁：线程 ID 写入 Mark Word，标志位仍为 01，但第 3 位为 1
- 轻量级锁：Mark Word 被替换为指向线程栈中 Lock Record 的指针，标志位变为 00
- 重量级锁：Mark Word 指向 Monitor 对象地址，标志位变为 10
Monitor 对象与操作系统交互
Monitor 是 JVM 内部的同步组件，每个对象关联一个 Monitor 实例（由 C++ 实现，位于 HotSpot 的 ObjectMonitor 类中）。当锁升级为重量级，线程需调用操作系统提供的 mutex（如 Linux 的 pthread_mutex_t）来阻塞和唤醒。
- 线程调用 monitorenter 指令时，JVM 尝试获取 Monitor 的 _owner 字段
- 若 _owner 为空，CAS 设置为当前线程，成功则持有锁
- 若已被占用，线程进入 _EntryList 队列并挂起（调用 os::pthread_mutex_lock）
- 释放锁时（monitorexit），唤醒 _EntryList 中的一个线程，或转移至 _WaitSet（notify/notifyAll 场景）
锁膨胀过程（锁升级）
JVM 默认启用锁优化策略，锁状态会随竞争程度逐步升级，但不会降级：
- 偏向锁：适用于单线程反复进入同一同步块，避免 CAS 开销；有线程竞争时撤销并升级
- 轻量级锁：适用于短时间、低竞争场景，用 CAS 替换 Mark Word 实现自旋获取
- 重量级锁：高竞争下，自旋失败后线程阻塞，交由 OS 调度，开销最大但公平性好
字节码与运行时协作
编译器将 synchronized 代码块转为 monitorenter / monitorexit 字节码指令。JVM 运行时解释或 JIT 编译后，这些指令最终触发上述锁逻辑。值得注意的是：
- monitorexit 不仅在正常退出时执行，异常出口也由编译器插入，确保锁释放
- JIT 编译可能进行锁消除（Lock Elision）或锁粗化（Lock Coarsening），实际执行未必对应原始代码结构
- wait()/notify() 操作必须在已获得 Monitor 的线程中调用，否则抛出 IllegalMonitorStateException
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