如何实现线程安全与代码编写有很大的关系，但虚拟机提供的同步和锁机制也起到了至关重要的作用。
1.互斥同步(阻塞同步)
互斥同步（Mutual Exclusion & Synchronization）是一种最常见也是最主要的并发正确性保障手 段。同步是指在多个线程并发访问共享数据时，保证共享数据在同一个时刻只被一条（或者是一些， 当使用信号量的时候）线程使用。而互斥是实现同步的一种手段，临界区（Critical Section）、互斥量 （Mutex）和信号量（Semaphore）都是常见的互斥实现方式。因此在“互斥同步”这四个字里面，互斥是因，同步是果；互斥是方法，同步是目的。
synchronized关键字
在Java里面，最基本的互斥同步手段就是synchronized关键字，这是一种块结构（Block Structured）的同步语法。synchronized关键字经过Javac编译之后，会在同步块的前后分别形成 monitorenter和monitorexit这两个字节码指令。这两个字节码指令都需要一个reference类型的参数来指明要锁定和解锁的对象。如果Java源码中的synchronized明确指定了对象参数，那就以这个对象的引用作 为reference；如果没有明确指定，那将根据synchronized修饰的方法类型（如实例方法或类方法），来决定是取代码所在的对象实例还是取类型对应的Class对象来作为线程要持有的锁。
根据《Java虚拟机规范》的要求，在执行monitorenter指令时，首先要去尝试获取对象的锁。如果这个对象没被锁定，或者当前线程已经持有了那个对象的锁，就把锁的计数器的值增加一，而在执行 monitorexit指令时会将锁计数器的值减一。一旦计数器的值为零，锁随即就被释放了。如果获取对象锁失败，那当前线程就应当被阻塞等待，直到请求锁定的对象被持有它的线程释放为止。
从功能上看，根据以上《Java虚拟机规范》对monitorenter和 monitorexit的行为描述，我们可以得出 两个关于synchronized的直接推论，这是使用它时需特别注意的：
（1）被synchronized修饰的同步块对同一条线程来说是可重入的。这意味着同一线程反复进入同步块也不会出现自己把自己锁死的情况。
（2）被synchronized修饰的同步块在持有锁的线程执行完毕并释放锁之前，会无条件地阻塞后面其他线程的进入。这意味着无法像处理某些数据库中的锁那样，强制已获取锁的线程释放锁；也无法强制正在等待锁的线程中断等待或超时退出。
Lock
从上面的介绍中我们可以看到synchronized的局限性，除了synchronized关键字以外，自JDK 5起 （实现了JSR 166 [1]），Java类库中新提供了java.util.concurrent包（下文称J.U.C包），其中的 java.util.concurrent.locks.Lock接口便成了Java的另一种全新的互斥同步手段。基于Lock接口，用户能够 以非块结构（Non-Block Structured）来实现互斥同步，从而摆脱了语言特性的束缚，改为在类库层面 去实现同步，这也为日后扩展出不同调度算法、不同特征、不同性能、不同语义的各种锁提供了广阔 的空间。
重入锁（ReentrantLock）是Lock接口最常见的一种实现，顾名思义，它与synchronized一样是可 重入[3]的。在基本用法上，ReentrantLock也与synchronized很相似，只是代码写法上稍有区别而已。不 过，ReentrantLock与synchronized相比增加了一些高级功能，主要有以下三项：等待可中断、可实现公 平锁及锁可以绑定多个条件。
（1）等待可中断：是指当持有锁的线程长期不释放锁的时候，正在等待的线程可以选择放弃等待，改 为处理其他事情。可中断特性对处理执行时间非常长的同步块很有帮助。
（2）公平锁：是指多个线程在等待同一个锁时，必须按照申请锁的时间顺序来依次获得锁；而非公平 锁则不保证这一点，在锁被释放时，任何一个等待锁的线程都有机会获得锁。synchronized中的锁是非 公平的，ReentrantLock在默认情况下也是非公平的，但可以通过带布尔值的构造函数要求使用公平 锁。不过一旦使用了公平锁，将会导致ReentrantLock的性能急剧下降，会明显影响吞吐量。
（3）锁绑定多个条件：是指一个ReentrantLock对象可以同时绑定多个Condition对象。在synchronized 中，锁对象的wait()跟它的notify()或者notifyAll()方法配合可以实现一个隐含的条件，如果要和多于一 个的条件关联的时候，就不得不额外添加一个锁；而ReentrantLock则无须这样做，多次调用 newCondition()方法即可。
synchronized是否应该被直接抛弃？
ReentrantLock在功能上是synchronized的超集，在性能上又至少不会弱于 synchronized，那synchronized修饰符是否应该被直接抛弃，不再使用了呢？当然不是，基于以下理 由，笔者仍然推荐在synchronized与ReentrantLock都可满足需要时优先使用synchronized：
（1）synchronized是在Java语法层面的同步，足够清晰，也足够简单。每个Java程序员都熟悉 synchronized，但J.U.C中的Lock接口则并非如此。因此在只需要基础的同步功能时，更推荐 synchronized。 （2）Lock应该确保在finally块中释放锁，否则一旦受同步保护的代码块中抛出异常，则有可能永远不 会释放持有的锁。这一点必须由程序员自己来保证，而使用synchronized的话则可以由Java虚拟机来确 保即使出现异常，锁也能被自动释放。
（3）尽管在JDK 5时代ReentrantLock曾经在性能上领先过synchronized，但这已经是十多年之前的胜利 了。从长远来看，Java虚拟机更容易针对synchronized来进行优化，因为Java虚拟机可以在线程和对象 的元数据中记录synchronized中锁的相关信息，而使用J.U.C中的Lock的话，Java虚拟机是很难得知具体 哪些锁对象是由特定线程锁持有的。
2.非阻塞同步
互斥同步面临的主要问题是进行线程阻塞和唤醒所带来的性能开销，因此这种同步也被称为阻塞同步（Blocking Synchronization）。从解决问题的方式上看，互斥同步属于一种悲观的并发策略，其总是认为只要不去做正确的同步措施（例如加锁），那就肯定会出现问题，无论共享的数据是否真的会 出现竞争，它都会进行加锁（这里讨论的是概念模型，实际上虚拟机会优化掉很大一部分不必要的加锁），这将会导致用户态到核心态转换、维护锁计数器和检查是否有被阻塞的线程需要被唤醒等开 销。随着硬件指令集的发展，我们已经有了另外一个选择：基于冲突检测的乐观并发策略，通俗地说 就是不管风险，先进行操作，如果没有其他线程争用共享数据，那操作就直接成功了；如果共享的数 据的确被争用，产生了冲突，那再进行其他的补偿措施，最常用的补偿措施是不断地重试，直到出现 没有竞争的共享数据为止。这种乐观并发策略的实现不再需要把线程阻塞挂起，因此这种同步操作被 称为非阻塞同步（Non-Blocking Synchronization），使用这种措施的代码也常被称为无锁（Lock-Free）编程。
CAS
详细请看我的另一篇文章——CAS介绍和问题
3.无同步方案
要保证线程安全，也并非一定要进行阻塞或非阻塞同步，同步与线程安全两者没有必然的联系。 同步只是保障存在共享数据争用时正确性的手段，如果能让一个方法本来就不涉及共享数据，那它自然就不需要任何同步措施去保证其正确性，因此会有一些代码天生就是线程安全的，笔者简单介绍其 中的两类。
可重入代码
可重入代码（Reentrant Code）：这种代码又称纯代码（Pure Code），是指可以在代码执行的任何 时刻中断它，转而去执行另外一段代码（包括递归调用它本身），而在控制权返回后，原来的程序不 会出现任何错误，也不会对结果有所影响。在特指多线程的上下文语境里（不涉及信号量等因 素[6]），我们可以认为可重入代码是线程安全代码的一个真子集，这意味着相对线程安全来说，可重入性是更为基础的特性，它可以保证代码线程安全，即所有可重入的代码都是线程安全的，但并非所 有的线程安全的代码都是可重入的。
可重入代码有一些共同的特征，例如，不依赖全局变量、存储在堆上的数据和公用的系统资源， 用到的状态量都由参数中传入，不调用非可重入的方法等。我们可以通过一个比较简单的原则来判断代码是否具备可重入性：如果一个方法的返回结果是可以预测的，只要输入了相同的数据，就都能返 回相同的结果，那它就满足可重入性的要求，当然也就是线程安全的。
线程本地存储
线程本地存储（Thread Local Storage）：如果一段代码中所需要的数据必须与其他代码共享，那就看看这些共享数据的代码是否能保证在同一个线程中执行。如果能保证，我们就可以把共享数据的可见范围限制在同一个线程之内，这样，无须同步也能保证线程之间不出现数据争用的问题。符合这种特点的应用并不少见，大部分使用消费队列的架构模式（如“生产者-消费者”模式）都会 将产品的消费过程限制在一个线程中消费完，其中最重要的一种应用实例就是经典Web交互模型中 的“一个请求对应一个服务器线程”（Thread-per-Request）的处理方式，这种处理方式的广泛应用使得很多Web服务端应用都可以使用线程本地存储来解决线程安全问题。
Java语言中，如果一个变量要被多线程访问，可以使用volatile关键字将它声明为“易变的”；如果 一个变量只要被某个线程独享，Java中就没有类似C++中__declspec(thread) [7]这样的关键字去修饰，不 过我们还是可以通过java.lang.ThreadLocal类来实现线程本地存储的功能。每一个线程的Thread对象中都 有一个ThreadLocalMap对象，这个对象存储了一组以ThreadLocal.threadLocalHashCode为键，以本地线 程变量为值的K-V值对，ThreadLocal对象就是当前线程的ThreadLocalMap的访问入口，每一个 ThreadLocal对象都包含了一个独一无二的threadLocalHashCode值，使用这个值就可以在线程K-V值对 中找回对应的本地线程变量。