這個問題在面試中經常會被問到的，synchronized在1.6之后做了什么優化，其實對synchronized一些底層的理解還是很重要的。
一：Synchronized實現原理
1、Java對象頭
首先，我們要知道對象在內存中的布局：
已知對象是存放在堆內存中的，對象大致可以分為三個部分，分別是對象頭、實例變量和填充字節。
對象頭的zhuyao是由MarkWord和Klass Point(類型指針)組成，其中Klass Point是是對象指向它的類元數據的指針，虛擬機通過這個指針來確定這個對象是哪個類的實例，Mark Word用於存儲對象自身的運行時數據。如果對象是數組對象，那么對象頭占用3個字寬（Word），如果對象是非數組對象，那么對象頭占用2個字寬。（1word = 2 Byte = 16 bit）
實例變量存儲的是對象的屬性信息，包括父類的屬性信息，按照4字節對齊
填充字符，因為虛擬機要求對象字節必須是8字節的整數倍，填充字符就是用於湊齊這個整數倍的
通過第一部分可以知道，Synchronized不論是修飾方法還是代碼塊，都是通過持有修飾對象的鎖來實現同步，那么Synchronized鎖對象是存在哪里的呢？答案是存在鎖對象的對象頭的MarkWord中。那么MarkWord在對象頭中到底長什么樣，也就是它到底存儲了什么呢？
在64位的虛擬機中：
上圖中的偏向鎖和輕量級鎖都是在java6以后對鎖機制進行優化時引進的，下文的鎖升級部分會具體講解，Synchronized關鍵字對應的是重量級鎖，接下來對重量級鎖在Hotspot JVM中的實現鎖講解。
2、Synchronized在JVM中的實現原理
重量級鎖對應的鎖標志位是10，存儲了指向重量級監視器鎖的指針，在Hotspot中，對象的監視器（monitor）鎖對象由ObjectMonitor對象實現（C++），其跟同步相關的數據結構如下：
1 ObjectMonitor() { 2 _count = 0; //用來記錄該對象被線程獲取鎖的次數 3 _waiters = 0; 4 _recursions = 0; //鎖的重入次數 5 _owner = NULL; //指向持有ObjectMonitor對象的線程 6 _WaitSet = NULL; //處於wait狀態的線程，會被加入到_WaitSet 7 _WaitSetLock = 0 ; 8 _EntryList = NULL ; //處於等待鎖block狀態的線程，會被加入到該列表 9 }
光看這些數據結構對監視器鎖的工作機制還是一頭霧水，那么我們首先看一下線程在獲取鎖的幾個狀態的轉換：
線程的生命周期存在5個狀態，start、running、waiting、blocking和dead
對於一個synchronized修飾的方法(代碼塊)來說：
①：當多個線程同時訪問該方法，那么這些線程會先被放進_EntryList隊列，此時線程處於blocking狀態
②：當一個線程獲取到了實例對象的監視器（monitor）鎖，那么就可以進入running狀態，執行方法，此時，ObjectMonitor對象的_owner指向當前線程，_count加1表示當前對象鎖被一個線程獲取
③：當running狀態的線程調用wait()方法，那么當前線程釋放monitor對象，進入waiting狀態，ObjectMonitor對象的_owner變為null，_count減1，同時線程進入④：_WaitSet隊列，直到有線程調用notify()方法喚醒該線程，則該線程重新獲取monitor對象進入_Owner區
如果當前線程執行完畢，那么也釋放monitor對象，進入waiting狀態，ObjectMonitor對象的_owner變為null，_count減1
那么Synchronized修飾的代碼塊/方法如何獲取monitor對象的呢？
在JVM規范里可以看到，不管是方法同步還是代碼塊同步都是基於進入和退出monitor對象來實現，然而二者在具體實現上又存在很大的區別。通過javap對class字節碼文件反編譯可以得到反編譯后的代碼。
（1）Synchronized修飾代碼塊：
Synchronized代碼塊同步在需要同步的代碼塊開始的位置插入monitorentry指令，在同步結束的位置或者異常出現的位置插入monitorexit指令；JVM要保證monitorentry和monitorexit都是成對出現的，任何對象都有一個monitor與之對應，當這個對象的monitor被持有以后，它將處於鎖定狀態。
例如，同步代碼塊如下：
1 public class SyncCodeBlock { 2 public int i; 3 public void syncTask(){ 4 synchronized (this){ 5 i++; 6 } 7 } 8 }
對同步代碼塊編譯后的class字節碼文件反編譯，結果如下（僅保留方法部分的反編譯內容）：
1 public void syncTask(); 2 descriptor: ()V 3 flags: ACC_PUBLIC 4 Code: 5 stack=3, locals=3, args_size=1 6 0: aload_0 7 1: dup 8 2: astore_1 9 3: monitorenter //注意此處，進入同步方法 10 4: aload_0 11 5: dup 12 6: getfield #2 // Field i:I 13 9: iconst_1 14 10: iadd 15 11: putfield #2 // Field i:I 16 14: aload_1 17 15: monitorexit //注意此處，退出同步方法 18 16: goto 24 19 19: astore_2 20 20: aload_1 21 21: monitorexit //注意此處，退出同步方法 22 22: aload_2 23 23: athrow 24 24: return 25 Exception table: 26 //省略其他字節碼.......
可以看出同步方法塊在進入代碼塊時插入了monitorentry語句，在退出代碼塊時插入了monitorexit語句，為了保證不論是正常執行完畢（第15行）還是異常跳出代碼塊（第21行）都能執行monitorexit語句，因此會出現兩句monitorexit語句。
（2）Synchronized修飾方法：
Synchronized方法同步不再是通過插入monitorentry和monitorexit指令實現，而是由方法調用指令來讀取運行時常量池中的ACC_SYNCHRONIZED標志隱式實現的，如果方法表結構（method_info Structure）中的ACC_SYNCHRONIZED標志被設置，那么線程在執行方法前會先去獲取對象的monitor對象，如果獲取成功則執行方法代碼，執行完畢后釋放monitor對象，如果monitor對象已經被其它線程獲取，那么當前線程被阻塞。
同步方法代碼如下：
1 public class SyncMethod { 2 public int i; 3 public synchronized void syncTask(){ 4 i++; 5 } 6 }
對同步方法編譯后的class字節碼反編譯，結果如下（僅保留方法部分的反編譯內容）：
1 public synchronized void syncTask(); 2 descriptor: ()V 3 //方法標識ACC_PUBLIC代表public修飾，ACC_SYNCHRONIZED指明該方法為同步方法 4 flags: ACC_PUBLIC, ACC_SYNCHRONIZED 5 Code: 6 stack=3, locals=1, args_size=1 7 0: aload_0 8 1: dup 9 2: getfield #2 // Field i:I 10 5: iconst_1 11 6: iadd 12 7: putfield #2 // Field i:I 13 10: return 14 LineNumberTable: 15 line 12: 0 16 line 13: 10 17 }
可以看出方法開始和結束的地方都沒有出現monitorentry和monitorexit指令，但是出現的ACC_SYNCHRONIZED標志位。
二、鎖的優化
1、鎖升級
鎖的4中狀態：無鎖狀態、偏向鎖狀態、輕量級鎖狀態、重量級鎖狀態（級別從低到高）
（1）偏向鎖：
為什么要引入偏向鎖？
因為經過HotSpot的作者大量的研究發現，大多數時候是不存在鎖競爭的，常常是一個線程多次獲得同一個鎖，因此如果每次都要競爭鎖會增大很多沒有必要付出的代價，為了降低獲取鎖的代價，才引入的偏向鎖。
偏向鎖的升級
當線程1訪問代碼塊並獲取鎖對象時，會在java對象頭和棧幀中記錄偏向的鎖的threadID，因為偏向鎖不會主動釋放鎖，因此以后線程1再次獲取鎖的時候，需要比較當前線程的threadID和Java對象頭中的threadID是否一致，如果一致（還是線程1獲取鎖對象），則無需使用CAS來加鎖、解鎖；如果不一致（其他線程，如線程2要競爭鎖對象，而偏向鎖不會主動釋放因此還是存儲的線程1的threadID），那么需要查看Java對象頭中記錄的線程1是否存活，如果沒有存活，那么鎖對象被重置為無鎖狀態，其它線程（線程2）可以競爭將其設置為偏向鎖；如果存活，那么立刻查找該線程（線程1）的棧幀信息，如果還是需要繼續持有這個鎖對象，那么暫停當前線程1，撤銷偏向鎖，升級為輕量級鎖，如果線程1 不再使用該鎖對象，那么將鎖對象狀態設為無鎖狀態，重新偏向新的線程。
偏向鎖的取消：
偏向鎖是默認開啟的，而且開始時間一般是比應用程序啟動慢幾秒，如果不想有這個延遲，那么可以使用-XX:BiasedLockingStartUpDelay=0；
如果不想要偏向鎖，那么可以通過-XX:-UseBiasedLocking = false來設置；
（2）輕量級鎖
為什么要引入輕量級鎖？
輕量級鎖考慮的是競爭鎖對象的線程不多，而且線程持有鎖的時間也不長的情景。因為阻塞線程需要CPU從用戶態轉到內核態，代價較大，如果剛剛阻塞不久這個鎖就被釋放了，那這個代價就有點得不償失了，因此這個時候就干脆不阻塞這個線程，讓它自旋這等待鎖釋放。
輕量級鎖什么時候升級為重量級鎖？
線程1獲取輕量級鎖時會先把鎖對象的對象頭MarkWord復制一份到線程1的棧幀中創建的用於存儲鎖記錄的空間（稱為DisplacedMarkWord），然后使用CAS把對象頭中的內容替換為線程1存儲的鎖記錄（DisplacedMarkWord）的地址；
如果在線程1復制對象頭的同時（在線程1CAS之前），線程2也准備獲取鎖，復制了對象頭到線程2的鎖記錄空間中，但是在線程2CAS的時候，發現線程1已經把對象頭換了，線程2的CAS失敗，那么線程2就嘗試使用自旋鎖來等待線程1釋放鎖。
但是如果自旋的時間太長也不行，因為自旋是要消耗CPU的，因此自旋的次數是有限制的，比如10次或者100次，如果自旋次數到了線程1還沒有釋放鎖，或者線程1還在執行，線程2還在自旋等待，這時又有一個線程3過來競爭這個鎖對象，那么這個時候輕量級鎖就會膨脹為重量級鎖。重量級鎖把除了擁有鎖的線程都阻塞，防止CPU空轉。
*注意：為了避免無用的自旋，輕量級鎖一旦膨脹為重量級鎖就不會再降級為輕量級鎖了；偏向鎖升級為輕量級鎖也不能再降級為偏向鎖。一句話就是鎖可以升級不可以降級，但是偏向鎖狀態可以被重置為無鎖狀態。
（3）這幾種鎖的優缺點（偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖）
2、鎖粗化
按理來說，同步塊的作用范圍應該盡可能小，僅在共享數據的實際作用域中才進行同步，這樣做的目的是為了使需要同步的操作數量盡可能縮小，縮短阻塞時間，如果存在鎖競爭，那么等待鎖的線程也能盡快拿到鎖。
但是加鎖解鎖也需要消耗資源，如果存在一系列的連續加鎖解鎖操作，可能會導致不必要的性能損耗。
鎖粗化就是將多個連續的加鎖、解鎖操作連接在一起，擴展成一個范圍更大的鎖，避免頻繁的加鎖解鎖操作。
3、鎖消除
Java虛擬機在JIT編譯時(可以簡單理解為當某段代碼即將第一次被執行時進行編譯，又稱即時編譯)，通過對運行上下文的掃描，經過逃逸分析，去除不可能存在共享資源競爭的鎖，通過這種方式消除沒有必要的鎖，可以節省毫無意義的請求鎖時間