一，了解synchronized底层所需要的基础知识：
①CAS：compare and swap。
首先读取当前值E，然后把此值放在线程里计算结果，把计算结果往回写的时候比较之前读取的值和当前新值是否一样，如果一样，说明并没有被其他线程修改过，所以直接把计算结果写入即可，不需要上锁。（无锁，自旋锁）
补充说明：比较结果一样的情况中，有可能是出现了ABA问题。ABA问题产生原因分析：假设要取出内存某时刻的value值为A，线程1读取值为A想要写入B值，结果在往内存中写入C值的时候，线程2将A改成了B，随后线程3又将B改为了A，但对线程1来说，并不知道value发生了变化。
解决ABA问题：通过版本号的方式。
②CAS底层实现。
如果采取m++方式，为了多线程安全性，需要加锁，但如果采用autoInteger的incrementAndGet（）方法，不用加锁。是因为此方法用了unsafe类的 compareAndSwapInt（）方法，native表明是C/C++写的底层实现（hot spot）。追踪源码发现，其最终实现是lock cmpxchg指令，cmpxchg=cas修改变量值。
（追踪过程）硬件上实现是lock指令在执行后面指令的时候锁定一个北桥信号（不采用锁总线的方式），但这条指令不是原子的，即它拿到值往回写的过程中，依然有可能被别的线程打断，所以在cmpxchg指令前加了lock指令，即在当前指令在操作内存时，其他线程不得干扰。
③对象的内存布局，markword细节
markword里面有三部分内容：锁信息，GC信息，hashcode。加锁即修改markword里面的内容。早期，synchronized叫做重量级锁，因为申请锁资源必须通过kernel，系统调用，而CAS不需要额外的内核态，为轻量级锁。
用markword中最低的三位代表锁状态 其中1位是偏向锁位 两位是普通锁位。
二，synchronized的底层实现：
（一）锁升级的过程：C++代码和汇编
①首先为什么会有偏向锁呢？
多数Sychronized方法，在很多情况下，其实只有一个线程运行，例如：StringBuffer中的一些sync方法（append（）方法），Vector中的一些sync方法
②偏向锁：和自旋锁一样，是用户空间完成的，具体操作是markword上记录当前线程指针，下次同一个线程加锁的时候，不需要争用，只用判断线程指针是否是同一个，所以，偏向锁，偏向的是加锁的第一个线程，hashCode备份在线程栈上，线程销毁，锁降级为无锁。
一旦有其他线程竞争，偏向锁就会升级为轻量级锁，每个线程有自己的LockRecord在自己的线程栈上，用CAS去争用markword的LR的指针，指针指向哪个线程的LR，哪个线程就拥有锁。如果自旋次数超过十次，升级为重量级锁。或者有多个线程在等待，即超过1/2cpu核数，升级为重量级锁。以前通过参数可以调，现在JVM做了优化，自适应自旋，合适的时候自己升级为重量锁。
③为什么有了轻量级锁还要有重量级锁？轻量级锁的应用场景？
轻量级锁的应用场景往往是锁执行的时间短，自旋少次就能拿到锁，或线程数少，竞争数少。自旋锁是需要占用CPU资源的（while循环），而重量级锁有等待队列，所有拿不到锁的进入等待队列，不需要消耗CPU资源。
④偏向锁默认是启动的，但会默认延迟4秒钟。因为JVM虚拟机自己有一些默认启动的线程，里面有好多sync代码，这些sync代码启动时就知道肯定会有竞争，如果使用偏向锁，就会造成偏向锁不断的进行锁撤销，锁升级的操作，效率较低。
⑤偏向锁效率一定会比自旋锁效率高吗？
不一定。JVM启动过程，会有很多线程竞争（明确），所以默认情况启动时不打开偏向锁，过一段儿时间再打开。
所以，当创建对象实例时，如果偏向锁未启动，则创建的是普通对象实例，如果偏向锁已启动，则为匿名偏向。
（二）锁消除
（三）锁粗化
JIT运行时优化。