Java提供的常用同步手段之一就是sychronized关键字，synchronized 是利用锁的机制来实现同步的。
下文我们从3个角度深入剖析synchronized的应用原理：
- synchronized的四个特点（原子性/有序性/互斥性/可重入）
- synchronized的两种锁分类（类锁/对象锁）
- synchronized与ReentrantLock的区别
winter
必须先提及一个重要的基础概念：Monitor监听机制。
Monitor是什么？
Monitor 是Java中实现 synchronized关键字的基础，可以将它理解为一个监听器，是用来实现同步的工具，monitor与每一个Java对象与class字节码相关联。monitor对象存在于每个Java对象的对象头中，synchronized锁便是通过这种方式获取锁的，也是为什么Java中任意对象可以作为锁的原因。（参考：《JVM锁优化》）
Monitor的本质？
Monitor 在JVM中是基于C 的实现的，ObjectMonitor中有几个关键属性，见下图：
_owner：指向持有ObjectMonitor对象的线程_WaitSet：存放处于wait状态的线程队列_EntryList：存放处于等待锁block状态的线程队列_recursions：锁的重入次数_count：用来记录该线程获取锁的次数
加锁过程：
当多个线程(A/B/C)同时访问一段同步代码时，首先会进入_EntryList队列中，当某个线程A获取到对象的monitor后进入_Owner区域并把monitor中的_owner变量设置为当前线程，同时monitor中的计数器_count加1，即(该线程A)获得锁。线程B/C都进入了_EntryList里面，线程A进入了_Owner。
释放锁过程：
若持有monitor的线程A调用wait()方法，将释放它当前持有的monitor，_owner变量恢复为null，_count自减1，同时线程A进入_WaitSet集合中等待被唤醒。
此时在_EntryList的线程B/C会竞争获取monitor，假设结果是B线程竞争成功并进入了_Owner。线程C留在了_EntryList里面，线程A进入了_WaitSet。
若当前线程B执行完毕也将释放monitor(锁)并复位变量的值，以便其他线程进入获取monitor(锁)。线程B可以通过notify/notifyAll 来唤醒 _WaitSet 的线程A，此时_WaitSet 的线程A 与 _EntryList 的线程C会同时进行锁资源竞争。
注意：
1、由于notify唤醒线程具有随机性，甚至导致死锁发生；因此一般建议使用notifyAll。
2、不管唤醒一个线程，还是唤醒多个线程，最终获得对象锁的，只有一个线程。如果_EntryList同时存在竞争锁资源的线程，那么被唤醒的线程还需要和_EntryList中的线程一起竞争锁资源。但是JVM保证最终只会让一个线程获取到锁。
synchronized 的四个特征
基于 monitor 机制，引出了 synchronized 的四个特征：
1.原子性
基于monitor监视器，被synchronized修饰的类或对象的所有操作都是原子的，因为在执行操作之前必须先获得类或对象的锁，直到执行完才能释放，这中间的过程无法被中断（除了已经废弃的stop()方法），即保证了原子性。
2.可见性
基于monitor监视器，synchronized 对一个类或对象加锁时，一个线程如果要访问该类或对象必须先获得它的锁，而这个锁的状态对于其他任何线程都是可见的。在释放锁之前会将对变量的修改刷新到主内存当中，从而保证资源变量的可见性。
3.有序性
基于monitor监视器，有效解决重排序问题：指令重排并不会影响单线程的顺序和结果，它影响的是多线程并发执行的顺序性。而 synchronized 保证了每个时刻都只有一个线程访问同步代码块，也就确定了线程执行同步代码块是分先后顺序的，保证了有序性。
4.可重入性
synchronized和ReentrantLock都是可重入锁。
当一个线程试图操作一个由其他线程持有的对象锁的临界资源时，将会处于阻塞状态；
当一个线程再次请求自己持有对象锁的临界资源时，这种情况属于重入锁。通俗一点讲就是说一个线程拥有了锁仍然还可以重复申请锁。
synchronized 的效果：可以具体体现为 “monitorenter”与“monitorexit”两条指令（一个monitor exit指令之前都必须有一个monitor enter），下面是编译文件的例子：
对 synchronized 的优化，参考《JVM的锁优化》可知，锁升级的过程是：偏向锁 -> 轻量级锁 -> 重量级锁。
synchronized支持类锁与对象锁
例子1：类锁
对于类锁，我们必须理解两种使用场景：
- 修饰一个静态的方法：其作用的范围是整个方法，作用的对象是这个类的所有对象
- 修饰一个类：其作用的范围是synchronized后面括号括起来的部分，作用的对象是这个类的所有对象
例子1.1：修饰一个静态的方法
代码语言：javascript复制//类锁：静态方法 - 修饰一个静态的方法
public static synchronized void lock() throws InterruptedException {
//延时1s执行日志输出
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
System.out.println("lock1 executeTime = " System.currentTimeMillis());
}例子1.2：修饰一个类
代码语言：javascript复制//类锁：类名 - 修饰一个类
public static void lock2() throws InterruptedException {
synchronized (ClassLock.class){
//延时1s执行日志输出
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
System.out.println("lock2 executeTime = " System.currentTimeMillis());
}
}测试用例：
代码语言：javascript复制/**
* <p>
* 类锁资源竞争例子：
* 1、修饰一个静态的方法
* 2、修饰一个类
* </p>
*/
public class ClassLock {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
ClassLock classLock = new ClassLock();
try {
// classLock.lock();
classLock.lock2();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
ClassLock classLock = new ClassLock();
try {
// classLock.lock();
classLock.lock2();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
t1.start();
t2.start();
//由于t1 和 t2 存在类锁资源竞争，所以两个线程真正执行时间是不一样的
}
}输出结果：类锁的两种锁都存在竞争互斥，因此代码段都不是同时被执行。
代码语言：javascript复制lock1 executeTime = 1616499560230
lock2 executeTime = 1616499561230
lock1 executeTime = 1616499562231
lock2 executeTime = 1616499563231例子2：对象锁
对于对象锁，我们必须理解两种使用场景：
- 修饰一个方法：被修饰的方法称为同步方法，其作用的范围是整个方法，作用的对象是调用这个方法的对象；
- 修饰一个代码块：被修饰的代码块称为同步语句块，其作用范围是大括号{}括起来的代码块，作用的对象是调用这个代码块的对象；
例子2.1：修饰一个方法
代码语言：javascript复制//对象锁：普通方法
public synchronized void lock() throws InterruptedException {
//延时1s执行日志输出
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
System.out.println("lock1 executeTime = " System.currentTimeMillis());
}例子2.2：修饰一个代码块
代码语言：javascript复制 //对象锁：普通方法代码块
public void lock2() throws InterruptedException {
synchronized (this){
//延时1s执行日志输出
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
System.out.println("lock2 executeTime = " System.currentTimeMillis());
}
}测试用例：
代码语言：javascript复制public class ObjectLock {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
ObjectLock classLock = new ObjectLock();
try {
classLock.lock();
// classLock.lock2();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
ObjectLock classLock = new ObjectLock();
try {
classLock.lock();
// classLock.lock2();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
t1.start();
t2.start();
//由于t1 和 t2 不存在对象锁资源竞争，所以两个线程真正执行时间一样
}
}输出结果：多线程使用的对象锁不存在互斥竞争，因此都是同时被执行了。
代码语言：javascript复制lock1 executeTime = 1616499668823
lock1 executeTime = 1616499668823
lock2 executeTime = 1616499669823
lock2 executeTime = 1616499669823与ReentrantLock的区别
下面分别从六个角度阐述两者（synchronized 与 ReentrantLock）的区别：
底层实现/可中断机制支持/释放锁方式（手动/非手动）/锁类型（公平锁/非公平锁）/等待线程的精确唤醒/锁对象。
1、底层实现
synchronized 是JVM层面的锁，是Java关键字，通过monitor对象来完成（monitorenter与monitorexit），对象只有在同步块或同步方法中才能调用wait/notify方法；同时涉及到锁的升级，具体为无锁、偏向锁、自旋锁、向OS申请重量级锁（参考另一篇文章：JVM锁的升级）
ReentrantLock 是从jdk1.5以来（java.util.concurrent.locks.Lock）提供的API层面的锁，是通过利用CAS（CompareAndSwap）自旋机制保证线程操作的原子性和volatile保证数据可见性以实现锁的功能。 2、不可中断执行
synchronized是不可中断类型的锁，除非加锁的代码中出现异常或正常执行完成；
ReentrantLock则可以中断，可通过trylock(long timeout,TimeUnit unit)设置超时方法或者将lockInterruptibly()放到代码块中，调用interrupt方法进行中断。 3、jvm底层释放资源
synchronized 不需要用户去手动释放锁，synchronized 代码执行完后系统会自动让线程释放对锁的占用；
ReentrantLock则需要用户去手动释放锁，如果没有手动释放锁，就可能导致死锁现象。一般通过lock()和unlock()方法配合try/finally语句块来完成，使用释放更加灵活。 4、是否公平锁
synchronized为非公平锁（参考开头的Monitor锁资源竞争策略）；
ReentrantLock则即可以选公平锁也可以选非公平锁，通过构造方法new ReentrantLock时传入boolean值进行选择，为空默认false非公平锁，true为公平锁。 5、锁是否可绑定条件Condition进行准确的线程唤醒
synchronized不能绑定并精确唤醒某一个线程资源，通过Object类的wait()/notify()/notifyAll()方法要么随机唤醒一个线程要么唤醒全部线程；
ReentrantLock通过绑定Condition结合await()/singal()方法实现线程的精确唤醒，而不是像synchronized。 6、锁的对象
synchronzied锁的是对象，锁是保存在对象头里面的，根据对象头数据来标识是否有线程获得锁/争抢锁；
ReentrantLock锁的是线程，根据进入的线程，和int类型的state标识锁的获得/争抢。
总结
上文结合synchronized的底层原理 -- Monitor机制，分别从3个角度（synchronized的特点/锁分类/与ReentrantLock的区别）剖析了 synchronized 的原理与应用。
后续我们会继续探讨 volatile 重排序 与 ReentranLock 源码和底层原理，希望对大家有所帮助。
