一、synchronized底层原理
1、Java对象头与Monitor
JVM中对象在堆内存中的数据分为三部分，对象头、实例数据和对齐填充。其中，对象头的内容包括Mark Word和类元数据，而Mark Word默认情况下存储着对象的HashCode、分代年龄、锁位标记等信息。每个对象都存在一个monitor与之关联，在对象头中有存储的指针指向monitor，当一个monitor被某个线程持有后，它便处于锁定状态，这就是为什么任意对象都可作为锁。
2、monitor锁定原理
monitor由ObjectMonitor实现，ObjectMonitor有两个队列：_EntryList和_WaitSet，每个等待（获得锁）的线程都是一个ObjectWaiter对象，存放在这两个队列中。
当多个线程同时访问一个对象中，首先进入_EntryList，当有线程获得monitor会进入_Owner区域（如下图），monitor的计时器count+1，若调用wait方法，将释放当前持有的monitor，count-1，同时该线程进入_WaitSet等待被唤醒。
3、synchronized代码块底层原理
同步语句块的实现使用的是monitorenter 和 monitorexit 指令，monitorenter指向同步代码块的开始，执行到moniterenter后，线程就会获得monitor的持有权；而monitorexit指向同步代码块的结束，编译器会确保无论方法正常执行还是发生异常，都会执行到monitorexit。从线程角度看，可以认为monitorenter和monitorexit之间的代码块是原子的。
4、synchronized方法底层原理
方法级的同步是隐式地实现在方法调用和返回操作中，JVM从方法常量池中的方法表结构中ACC_SYNCHRONIZED字段得知一个方法是否是同步方法。方法调用时，调用指令将会检查ACC_SYNCHRONIZED访问标志是否已被设置，如果设置了，执行线程将先会持有monitor。在方法结束或异常时，释放monitor。
二、JVM对sychronized的优化
由于monitor是依赖于底层的操作系统的Mutex Lock来实现的，在操作系统实现线程之间的切换时需要从用户态转换到核心态，所以早期的synchronized效率较低。Java 6对锁进行了优化，之后锁的状态分为4种：无锁状态、偏向锁、轻量级锁、重量级锁。锁的状态可以升级，但只能是单向的，从无锁到重量级锁。
1、偏向锁
如果程序运行过程中，同步锁只有一个线程访问，那么会给线程加偏向锁。如果遇到其他线程抢占锁，则持有偏向锁的线程会挂起，JVM消除该线程的偏向锁，将偏向锁升级为轻量级锁。
偏向锁的情况下线程进入和退出同步块不需要CAS进行加锁和解锁，只需要简单地确定对象头的mark word中是否存储着指向当前线程的指针，因此效率较高。
适用场景：只有一个线程访问同步块。
2、轻量级锁
轻量锁情况下，线程会CAS尝试获取锁，如果出现了两个线程争夺同一个锁，那么就会膨胀成重量级锁。由于轻量级锁情况下竞争的线程不会阻塞，因此效率比重量级锁高，但CAS自旋会消耗CPU资源，因此效率较偏向锁低。
适用场景：线程不存在竞争，追求响应时间，同步块执行速度较快。
3、重量级锁
重量级锁不自旋，但线程会阻塞，响应时间缓慢。
适用场景：追求吞吐量，同步块执行速度较慢。
三、synchronized特性
可重入：synchronized是可重入的，同一线程再次尝试获得锁是允许的。Lock可以判断是否已获得锁，synchronized不行。
不可中断：中断的概念是，当一个线程处于被阻塞状态或者试图执行一个阻塞操作时，使用Thread.interrupt()方式中断该线程，此时将会抛出一个InterruptedException的异常，同时中断状态将会被复位(由中断状态改为非中断状态)。非阻塞状态调用interrupt()并不会导致中断状态重置。
非公平：synchronized是非公平锁，也就是说后请求的线程可以直接抢占资源。
参考文档：