Java提供的常用同步手段之一就是sychronized關鍵字，synchronized 是利用鎖的機制來實作同步的。
下文我們從3個角度深入剖析synchronized的應用原理：
- synchronized的四個特點（原子性/有序性/互斥性/可重入）
- synchronized的兩種鎖分類（類鎖/對象鎖）
- synchronized與ReentrantLock的差別
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必須先提及一個重要的基礎概念：Monitor監聽機制。Monitor是什麼？Monitor 是Java中實作 synchronized關鍵字的基礎，可以将它了解為一個監聽器，是用來實作同步的工具，monitor與每一個Java對象與class位元組碼相關聯。monitor對象存在于每個Java對象的對象頭中，synchronized鎖便是通過這種方式擷取鎖的，也是為什麼Java中任意對象可以作為鎖的原因。（參考：《JVM鎖優化》）Monitor的本質？
Monitor 在JVM中是基于C++的實作的，ObjectMonitor中有幾個關鍵屬性，見下圖：
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_owner：指向持有ObjectMonitor對象的線程
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_WaitSet：存放處于wait狀态的線程隊列
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_EntryList：存放處于等待鎖block狀态的線程隊列
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_recursions：鎖的重入次數
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_count：用來記錄該線程擷取鎖的次數
加鎖過程：當多個線程(A/B/C)同時通路一段同步代碼時，首先會進入_EntryList隊列中，當某個線程A擷取到對象的monitor後進入_Owner區域并把monitor中的_owner變量設定為目前線程，同時monitor中的計數器_count加1，即(該線程A)獲得鎖。線程B/C都進入了_EntryList裡面，線程A進入了_Owner。
釋放鎖過程：
若持有monitor的線程A調用wait()方法，将釋放它目前持有的monitor，_owner變量恢複為null，_count自減1，同時線程A進入_WaitSet集合中等待被喚醒。
此時在_EntryList的線程B/C會競争擷取monitor，假設結果是B線程競争成功并進入了_Owner。線程C留在了_EntryList裡面，線程A進入了_WaitSet。
若目前線程B執行完畢也将釋放monitor(鎖)并複位變量的值，以便其他線程進入擷取monitor(鎖)。線程B可以通過notify/notifyAll 來喚醒 _WaitSet 的線程A，此時_WaitSet 的線程A 與 _EntryList 的線程C會同時進行鎖資源競争。注意：1、由于notify喚醒線程具有随機性，甚至導緻死鎖發生；是以一般建議使用notifyAll。2、不管喚醒一個線程，還是喚醒多個線程，最終獲得對象鎖的，隻有一個線程。如果_EntryList同時存在競争鎖資源的線程，那麼被喚醒的線程還需要和_EntryList中的線程一起競争鎖資源。但是JVM保證最終隻會讓一個線程擷取到鎖。
synchronized 的四個特征
基于 monitor 機制，引出了 synchronized 的四個特征：
1.原子性
基于monitor螢幕，被synchronized修飾的類或對象的所有操作都是原子的，因為在執行操作之前必須先獲得類或對象的鎖，直到執行完才能釋放，這中間的過程無法被中斷（除了已經廢棄的stop()方法），即保證了原子性。
2.可見性
基于monitor螢幕，synchronized 對一個類或對象加鎖時，一個線程如果要通路該類或對象必須先獲得它的鎖，而這個鎖的狀态對于其他任何線程都是可見的。在釋放鎖之前會将對變量的修改重新整理到主記憶體當中，進而保證資源變量的可見性。
3.有序性
基于monitor螢幕，有效解決重排序問題：指令重排并不會影響單線程的順序和結果，它影響的是多線程并發執行的順序性。而 synchronized 保證了每個時刻都隻有一個線程通路同步代碼塊，也就确定了線程執行同步代碼塊是分先後順序的，保證了有序性。
4.可重入性
synchronized和ReentrantLock都是可重入鎖。
當一個線程試圖操作一個由其他線程持有的對象鎖的臨界資源時，将會處于阻塞狀态；
當一個線程再次請求自己持有對象鎖的臨界資源時，這種情況屬于重入鎖。通俗一點講就是說一個線程擁有了鎖仍然還可以重複申請鎖。
synchronized 的效果：可以具體展現為 “monitorenter”與“monitorexit”兩條指令（一個monitor exit指令之前都必須有一個monitor enter），下面是編譯檔案的例子：
對 synchronized 的優化，參考《JVM的鎖優化》可知，鎖更新的過程是：偏向鎖 -> 輕量級鎖 -> 重量級鎖。
synchronized支援類鎖與對象鎖
例子1：類鎖對于類鎖，我們必須了解兩種使用場景：
- 修飾一個靜态的方法：其作用的範圍是整個方法，作用的對象是這個類的所有對象
- 修飾一個類：其作用的範圍是synchronized後面括号括起來的部分，作用的對象是這個類的所有對象
例子1.1：修飾一個靜态的方法
//類鎖：靜态方法 - 修飾一個靜态的方法 public static synchronized void lock() throws InterruptedException { //延時1s執行日志輸出 TimeUnit.SECONDS.sleep(1); System.out.println("lock1 executeTime = " + System.currentTimeMillis()); } 例子1.2：修飾一個類
//類鎖：類名 - 修飾一個類 public static void lock2() throws InterruptedException { synchronized (ClassLock.class){ //延時1s執行日志輸出 TimeUnit.SECONDS.sleep(1); System.out.println("lock2 executeTime = " + System.currentTimeMillis()); } } 測試用例：
/** * <p> * 類鎖資源競争例子： * 1、修飾一個靜态的方法 * 2、修飾一個類 * </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 存在類鎖資源競争，是以兩個線程真正執行時間是不一樣的 } } 輸出結果：類鎖的兩種鎖都存在競争互斥，是以代碼段都不是同時被執行。
lock1 executeTime = 1616499560230 lock2 executeTime = 1616499561230 lock1 executeTime = 1616499562231 lock2 executeTime = 1616499563231 例子2：對象鎖對于對象鎖，我們必須了解兩種使用場景：
- 修飾一個方法：被修飾的方法稱為同步方法，其作用的範圍是整個方法，作用的對象是調用這個方法的對象；
- 修飾一個代碼塊：被修飾的代碼塊稱為同步語句塊，其作用範圍是大括号{}括起來的代碼塊，作用的對象是調用這個代碼塊的對象；
例子2.1：修飾一個方法
//對象鎖：普通方法 public synchronized void lock() throws InterruptedException { //延時1s執行日志輸出 TimeUnit.SECONDS.sleep(1); System.out.println("lock1 executeTime = " + System.currentTimeMillis()); } 例子2.2：修飾一個代碼塊
//對象鎖：普通方法代碼塊 public void lock2() throws InterruptedException { synchronized (this){ //延時1s執行日志輸出 TimeUnit.SECONDS.sleep(1); System.out.println("lock2 executeTime = " + System.currentTimeMillis()); } } 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 不存在對象鎖資源競争，是以兩個線程真正執行時間一樣 } } 輸出結果：多線程使用的對象鎖不存在互斥競争，是以都是同時被執行了。
lock1 executeTime = 1616499668823 lock1 executeTime = 1616499668823 lock2 executeTime = 1616499669823 lock2 executeTime = 1616499669823 與ReentrantLock的差別
下面分别從六個角度闡述兩者（synchronized 與 ReentrantLock）的差別：
底層實作/可中斷機制支援/釋放鎖方式（手動/非手動）/鎖類型（公平鎖/非公平鎖）/等待線程的精确喚醒/鎖對象。
1、底層實作
synchronized 是JVM層面的鎖，是Java關鍵字，通過monitor對象來完成（monitorenter與monitorexit），對象隻有在同步塊或同步方法中才能調用wait/notify方法；同時涉及到鎖的更新，具體為無鎖、偏向鎖、自旋鎖、向OS申請重量級鎖（參考另一篇文章：JVM鎖的更新）ReentrantLock 是從jdk1.5以來（java.util.concurrent.locks.Lock）提供的API層面的鎖，是通過利用CAS（CompareAndSwap）自旋機制保證線程操作的原子性和volatile保證資料可見性以實作鎖的功能。
2、不可中斷執行synchronized是不可中斷類型的鎖，除非加鎖的代碼中出現異常或正常執行完成；
ReentrantLock則可以中斷，可通過trylock(long timeout,TimeUnit unit)設定逾時方法或者将lockInterruptibly()放到代碼塊中，調用interrupt方法進行中斷。
3、jvm底層釋放資源
synchronized 不需要使用者去手動釋放鎖，synchronized 代碼執行完後系統會自動讓線程釋放對鎖的占用；ReentrantLock則需要使用者去手動釋放鎖，如果沒有手動釋放鎖，就可能導緻死鎖現象。一般通過lock()和unlock()方法配合try/finally語句塊來完成，使用釋放更加靈活。
4、是否公平鎖 synchronized為非公平鎖（參考開頭的Monitor鎖資源競争政策）；ReentrantLock則即可以選公平鎖也可以選非公平鎖，通過構造方法new ReentrantLock時傳入boolean值進行選擇，為空預設false非公平鎖，true為公平鎖。
5、鎖是否可綁定條件Condition進行準确的線程喚醒synchronized不能綁定并精确喚醒某一個線程資源，通過Object類的wait()/notify()/notifyAll()方法要麼随機喚醒一個線程要麼喚醒全部線程；ReentrantLock通過綁定Condition結合await()/singal()方法實作線程的精确喚醒，而不是像synchronized。
6、鎖的對象synchronzied鎖的是對象，鎖是儲存在對象頭裡面的，根據對象頭資料來辨別是否有線程獲得鎖/争搶鎖；ReentrantLock鎖的是線程，根據進入的線程，和int類型的state辨別鎖的獲得/争搶。
總結
上文結合synchronized的底層原理 -- Monitor機制，分别從3個角度（synchronized的特點/鎖分類/與ReentrantLock的差別）剖析了 synchronized 的原理與應用。
後續我們會繼續探讨 volatile 重排序 與 ReentranLock 源碼和底層原理，希望對大家有所幫助。
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