一.Synchronized是什么
synchronized 是 Java提供的一个并发控制的关键字，是利用锁的机制来实现同步的。
锁机制有如下两种特性：
（1）互斥性：
即在同一时间只允许一个线程持有某个对象锁，通过这种特性来实现多线程中的协调机制，这样在同一时间只有一个线程对需同步的代码块(复合操作)进行访问。互斥性我们也往往称为操作的原子性。
（2）可见性：
必须确保在锁被释放之前，对共享变量所做的修改，对于随后获得该锁的另一个线程是可见的（即在获得锁时应获得最新共享变量的值），
否则另一个线程可能是在本地缓存的某个副本上继续操作从而引起不一致。
二.相关的概念
1、对象锁
在 Java 中，每个对象都会有一个 monitor 对象，这个对象其实就是 Java 对象的锁，通常会被称为“内置锁”或“对象锁”。类的对象可以有多个，所以每个对象有其独立的对象锁，互不干扰。
2.、类锁
在 Java 中，针对每个类也有一个锁，可以称为“类锁”，类锁实际上是通过对象锁实现的，即类的 Class 对象锁。每个类只有一个 Class 对象，所以每个类只有一个类锁。
二.Synchronized能做什么
一段synchronized的代码被一个线程执行之前，要先拿到执行这段代码的权限，在Java里边就是拿到某个同步对象的锁（一个对象只有一把锁）；
如果这个时候同步对象的锁被其他线程拿走了，他（这个线程）就只能等了（线程阻塞在锁池等待队列 中）。
取到锁后，就开始执行同步代码(被synchronized修饰的代码）；线程执行完同步代码后马上就把锁还给同步对象，其他在锁池中等待的某 个线程就可以拿到锁执行同步代码了。
这样就保证了同步代码在统一时刻只有一个线程在执行。在Java多线程编程中，一个非常重要的方面就是线程的同步问题。
关于线程的同步，一般有以下解决方法：
（1） 在需要同步的方法的方法签名中加入synchronized关键字。
（2）使用synchronized块对需要进行同步的代码段进行同步。
（3）使用JDK 5中提供的java.util.concurrent.lock包中的Lock对象。
另外，为了解决多个线程对同一变量进行访问时可能发生的安全性问题，不仅可以采用同步机制，更可以通过JDK 1.2中加入的ThreadLocal来保证更好的并发性。
为什么要使用synchronized？
在并发编程中存在线程安全问题，主要原因有：1.存在共享数据；2.多线程共同操作共享数据。
关键字synchronized可以保证在同一时刻，只有一个线程可以执行某个方法或某个代码块，
同时synchronized可以保证一个线程的变化可见（可见性），即可以代替volatile。
Synchronized是Java中解决并发问题的一种最常用最简单的方法 ，他可以确保线程互斥的访问同步代码。
三.线程的先来后到
举一个例子：
某餐厅的卫生间很小，几乎只能容纳一个人如厕。为了保证不受干扰，如厕的人进入卫生间，就要锁上房门。
我们可以把卫生间想 象成是共享的资源，而众多需要如厕的人可以被视作多个线程。假如卫生间当前有人占用，那么其他人必须等待，直到这个人如厕完毕，打开房门走出来为止。
这就 好比多个线程共享一个资源的时候，是一定要分出先来后到的。
有人说：那如果我没有这道门会怎样呢？让两个线程相互竞争，谁抢先了，谁就可以先干活，这样多好阿？但是我们知道：如果厕所没有门的话，
如厕的人一起涌向 厕所，那么必然会发生争执，正常的如厕步骤就会被打乱，很有可能会发生意想不到的结果，例如某些人可能只好被迫在不正确的地方施肥……
正是因为有这道门，任何一个单独进入如厕的人都可以顺利的完成他们的如厕过程，而不会被干扰，甚至发生以外的结果。这就是说，如厕的时候要讲究先来后到。
那么在Java 多线程程序当中，当多个线程竞争同一个资源的时候，如何能够保证他们不会产生“打架”的情况呢？有人说是使用同步机制。
没错，像上面这个例子，就是典型的 同步案例，一旦第一位开始如厕，则第二位必须等待第一位结束，才能开始他的如厕过程。一个线程，一旦进入某一过程，
必须等待正常的返回，并退出这一过程， 下一个线程才能开始这个过程。这里，最关键的就是卫生间的门。其实，卫生间的门担任的是资源锁的角色，
只要如厕的人锁上门，就相当于获得了这个锁，而当他 打开锁出来以后，就相当于释放了这个锁。
也就是说，多线程的线程同步机制实际上是靠锁的概念来控制的。那么在Java程序当中，锁是如何体现的呢？
四.锁的原理
从JVM的角度来看看锁这个概念：
在Java程序运行时环境中，JVM需要对两类线程共享的数据进行协调：
（1）保存在堆中的实例变量；
（2）保存在方法区中的类变量；
这两类数据是被所有线程共享的。（程序不需要协调保存在Java 栈当中的数据。因为这些数据是属于拥有该栈的线程所私有的。）
在Java虚拟机中，每个对象和类在逻辑上都是和一个监视器相关联的。对于对象来说，相关联的监视器保护对象的实例变量。对于类来说，监视器保护类的类变量。
（如果一个对象没有实例变量，或者一个类没有变量，相关联的监视器就什么也不监视。）
为了实现监视器的排他性监视能力，Java虚拟机为每一个对象和类都关联一个锁。代表任何时候只允许一个线程拥有的特权。线程访问实例变量或者类变量不需锁。
但是如果线程获取了锁，那么在它释放这个锁之前，就没有其他线程可以获取同样数据的锁了。（锁住一个对象就是获取对象相关联的监视器）。
类锁实际上用对象锁来实现。当虚拟机装载一个class文件的时候，它就会创建一个java.lang.Class类的实例。
当锁住一个对象的时候，实际上锁住的是那个类的Class对象。一个线程可以多次对同一个对象上锁。
对于每一个对象，java虚拟机维护一个加锁计数器，线程每获得一次该对象，计数器就加1，每释放一次，计数器就减 1，当计数器值为0时，锁就被完全释放了。
java编程人员不需要自己动手加锁，对象锁是java虚拟机内部使用的。
在java程序中，只需要使用synchronized块或者synchronized方法就可以标志一个监视区域。当每次进入一个监视区域时，java 虚拟机都会自动锁上对象或者类。
当一个有限的资源被多个线程共享的时候，为了保证对共享资源的互斥访问，一定要给他们排出一个先来后到。而要做到这一点，对象锁在这里起着非常重要的作用。
在Java多线程编程中，有一个重要的关键字，synchronized。
例子：
public class ThreadTest extends Thread { private int threadNo; public ThreadTest(int threadNo) { this.threadNo = threadNo; } public static void main(String[] args) throws Exception { for (int i = 1; i < 10; i++) { new ThreadTest(i).start(); Thread.sleep(1); } } @Override public synchronized void run() { for (int i = 1; i < 10; i++) { System.out.println("No." + threadNo + ":" + i); } } }
这个程序其实就是让10个线程在控制台上数数，从1数到9999。理想情况下，我们希望看到一个线程数完，然后才是另一个线程开始数数。
但是这个程序的执行过程告诉我们，这些线程还是乱糟糟的在那里抢着报数，丝毫没有任何规矩可言。
但是细心的读者注意到：run方法还是加了一个synchronized关键字的，按道理说，这些线程应该可以一个接一个的执行这个run方法才对阿。
对于一个成员方法加synchronized关键字，这实际上是以这个成员方法所在的对象本身作为对象锁。
在本例中，就是 以ThreadTest类的一个具体对象，也就是该线程自身作为对象锁的。一共十个线程，每个线程持有自己 线程对象的那个对象锁。
这必然不能产生同步的效果。换句话说，如果要对这些线程进行同步，那么这些线程所持有的对象锁应当是共享且唯一的！
public class ThreadTest2 extends Thread { private int threadNo; private String lock; public ThreadTest2(int threadNo, String lock) { this.threadNo = threadNo; this.lock = lock; } public static void main(String[] args) throws Exception { String lock = new String("lock"); for (int i = 1; i < 10; i++) { new ThreadTest2(i, lock).start(); Thread.sleep(1); } } public void run() { synchronized (lock) { for (int i = 1; i < 10; i++) { System.out.println("No." + threadNo + ":" + i); } } } }
我们注意到，该程序通过在main方法启动10个线程之前，创建了一个String类型的对象。并通过ThreadTest2的构造函数，将这个对象赋值 给每一个ThreadTest2线程对象中的私有变量lock。
根据Java方法的传值特点，线程的lock变量实际上指向的是堆内存中的 同一个区域，即存放main函数中的lock变量的区域。
程序将原来run方法前的synchronized关键字去掉，换用了run方法中的一个synchronized块来实现。这个同步块的对象锁，就是 main方法中创建的那个String对象。
换句话说，他们指向的是同一个String类型的对象，对象锁是共享且唯一的。
于是，我们看到了预期的效果：10个线程不再是争先恐后的报数了，而是一个接一个的报数。
public class ThreadTest3 extends Thread { private int threadNo; //private String lock; public ThreadTest3(int threadNo) { this.threadNo = threadNo; } public static void main(String[] args) throws Exception { for (int i = 1; i < 20; i++) { new ThreadTest3(i).start(); Thread.sleep(1); } } public static synchronized void abc(int threadNo) { for (int i = 1; i < 10; i++) { System.out.println("No." + threadNo + ":" + i); } } public void run() { abc(threadNo); } }
细心的读者发现了：这段代码没有使用main方法中创建的String对象作为这10个线程的线程锁。
而是通过在run方法中调用本线程中一 个静态的同步方法abc而实现了线程的同步。
我想看到这里，你们应该很困惑：这里synchronized静态方法是用什么来做对象锁的呢？
我们知道，对于同步静态方法，对象锁就是该静态放发所在的类的Class实例，由于在JVM中，所有被加载的类都有唯一的类对象，
具体到本例，就是唯一的 ThreadTest3.class对象。不管我们创建了该类的多少实例，但是它的类实例仍然是一个！
这样就知道了：
（1）对于同步的方法或者代码块来说，必须获得对象锁才能够进入同步方法或者代码块进行操作；
（2）如果采用method级别的同步，则对象锁即为method所在的对象，如果是静态方法，对象锁即指method所在的Class对象(唯一)；
（3）对于代码块，对象锁即指synchronized(abc)中的abc；
（4）因为第一种情况，对象锁即为每一个线程对象，因此有多个，所以同步失效；第二种共用同一个对象锁lock，因此同步生效；第三个因为是static因此对象锁为ThreadTest3的class 对象，因此同步生效。
如上述正确，则同步有两种方式，同步块和同步方法。
如果是同步代码块，则对象锁需要编程人员自己指定，一般有些代码为synchronized(this)只有在单态模式才生效；
（本类的实例有且只有一个）
如果是同步方法，则分静态和非静态两种 。
静态方法则一定会同步，非静态方法需在单例模式才生效，推荐用静态方法(不用担心是否单例)。
所以说，在Java多线程编程中，最常见的synchronized关键字实际上是依靠对象锁的机制来实现线程同步的。
似乎可以听到synchronized在向我们说：“给我一把锁，我能创造一个规矩”。
五.Synchronized原理
1、基本原理：
原理是借用对象markword中的标记以及monitor监控器生成monitorEnter以及monitorExit指令以及对应的计数器。
在jdk1.6之前，synchronized是非常重量级的，因为它会无时无刻进行锁住对象，而不考虑到程序实际的竞争情况，大多数程序在都是进行交替执行，
也就是说不存在资源的竞争，如果没有竞争，但是加锁，加锁和解锁是非常耗费性能的，（重量级)因为线程之间的切换以及线程从内核态到用户态的时间是耗费性能的。
在jdk1.6之后，sun公司对synchronized进行了大幅度的优化，现在采用偏向锁+（轻量级锁+cas)+重量级，之间通过锁碰撞进行切换。
2、底层语义原理
Java 虚拟机中的同步(Synchronization)基于进入和退出管程(Monitor)对象实现， 无论是显式同步(有明确的 monitorenter 和 monitorexit 指令,即同步代码块)还是隐式同步都是如此。
在 Java 语言中，同步用的最多的地方可能是被 synchronized 修饰的同步方法。
同步方法并不是由 monitorenter 和 monitorexit 指令来实现同步的，而是由方法调用指令读取运行时常量池中方法的 ACC_SYNCHRONIZED 标志来隐式实现的。
理解Java对象头与Monitor，在JVM中，对象在内存中的布局分为三块区域：对象头、实例数据和对齐填充。如下：
实例变量：存放类的属性数据信息，包括父类的属性信息，如果是数组的实例部分还包括数组的长度，这部分内存按4字节对齐。
填充数据：由于虚拟机要求对象起始地址必须是8字节的整数倍。填充数据不是必须存在的，仅仅是为了字节对齐，这点了解即可。
而对于顶部，则是Java头对象，它实现synchronized的锁对象的基础，一般而言，synchronized使用的锁对象是存储在Java对象头里的，
jvm中采用2个字来存储对象头(如果对象是数组则会分配3个字，多出来的1个字记录的是数组长度)，其主要结构是由Mark Word 和 Class Metadata Address 组成，
其结构说明如下表：
其中Mark Word在默认情况下存储着对象的HashCode、分代年龄、锁标记位等以下是32位JVM的Mark Word默认存储结构
由于对象头的信息是与对象自身定义的数据没有关系的额外存储成本，因此考虑到JVM的空间效率，Mark Word 被设计成为一个非固定的数据结构，
以便存储更多有效的数据，它会根据对象本身的状态复用自己的存储空间，如32位JVM下，除了上述列出的Mark Word默认存储结构外，还有如下可能变化的结构：
其中轻量级锁和偏向锁是Java 6 对 synchronized 锁进行优化后新增加的。这里主要分析一下重量级锁也就是通常说synchronized的对象锁，锁标识位为10，
其中指针指向的是monitor对象（也称为管程或监视器锁）的起始地址。每个对象都存在着一个 monitor 与之关联，对象与其 monitor 之间的关系有存在多种实现方式，
如monitor可以与对象一起创建销毁或当线程试图获取对象锁时自动生成，但当一个 monitor 被某个线程持有后，它便处于锁定状态。
在Java虚拟机(HotSpot)中，monitor是由ObjectMonitor实现的，其主要数据结构如下（位于HotSpot虚拟机源码ObjectMonitor.hpp文件，C++实现的）。
ObjectMonitor() { _header = NULL; _count = 0; //记录个数 _waiters = 0, _recursions = 0; _object = NULL; _owner = NULL; _WaitSet = NULL; //处于wait状态的线程，会被加入到_WaitSet _WaitSetLock = 0 ; _Responsible = NULL ; _succ = NULL ; _cxq = NULL ; FreeNext = NULL ; _EntryList = NULL ; //处于等待锁block状态的线程，会被加入到该列表 _SpinFreq = 0 ; _SpinClock = 0 ; OwnerIsThread = 0 ; }
ObjectMonitor中有两个队列，_WaitSet 和 _EntryList，用来保存ObjectWaiter对象列表( 每个等待锁的线程都会被封装成ObjectWaiter对象)，
_owner指向持有ObjectMonitor对象的线程，当多个线程同时访问一段同步代码时，首先会进入 _EntryList 集合，
当线程获取到对象的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，
若线程调用 wait() 方法，将释放当前持有的monitor，owner变量恢复为null，count自减1，同时该线程进入 WaitSe t集合中等待被唤醒。
若当前线程执行完毕也将释放monitor(锁)并复位变量的值，以便其他线程进入获取monitor(锁)。如下图所示：
由此看来，monitor对象存在于每个Java对象的对象头中(存储的指针的指向)，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，同时也是notify/notifyAll/wait等方法存在于顶级对象Object中的原因，
有了上述知识基础后，下面我们将进一步分析synchronized在字节码层面的具体语义实现。