Synchronized

在JDK5之前Java解决并发问题需要用Synchronized(以下简称Sync)解决，JDK5中引入了轻量级锁类Lock，但是在JDK1.6之后的版本又优化了Sync的流程，使其效率更高

Sync的特性

1. 原子性：确保线程互斥的访问同步代码；

2. 可见性：保证共享变量的修改能够及时可见，其实是通过Java内存模型中的 “对一个变量unlock操作之前，必须要同步到主内存中；如果对一个变量进行lock操作，则将会清空工作内存中此变量的值，在执行引擎使用此变量前，需要重新从主内存中load操作或assign操作初始化变量值” 来保证的；

3. 有序性：有效解决重排序问题，即 “一个unlock操作先行发生(happen-before)于后面对同一个锁的lock操作”；

Sync的使用

Sync使用时需指定一个对象，在HotSpot JVM(本文默认JVM为HotSpot JVM)中作为Object Monitor(监视器)，监视器对象例子：this，"string"，Class对象，某参数对象

Sync内置锁 是一种 对象锁（锁的是对象而非引用变量），作用粒度是对象 ，可以用来实现对临界资源的同步互斥访问 ，是可重入的。其可重入最大的作用是避免死锁，如：子类同步方法调用了父类同步方法，如没有可重入的特性，则会发生死锁；

Sync同步实现

Sync是在软件层面依赖JVM进行同步，而Lock类是在硬件层面依赖特殊的CPU指令进行同步

同步代码块

package com.test;
public class SynchronizedDemo {
    public void method() {
        synchronized (this) {
            System.out.println("Method 1 start");
        }
    }
}

反编译结果

Compiled from "SynchronizedDemo.java"
public class com.test.SynchronizedDemo {
  public com.test.SynchronizedDemo();
    Code:
      0: aload_0
      1: invokespecial #1       // Method java/lang/Object."<init>":()V
      4: return
  public void method();
    Code:
      0:  aload_0
      1:  dup
      2:  astore_1
      3:  monitorenter
      4:  getstatic      #2     // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
      7:  Idc            #3     // String Method 1 start
      9:  invokevirtual  #4     // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String)V
      12: aload_1
      13: monitorexit
      14: goto           22
      17: astore_2
      18: aload_1
      19: monitorexit
      20: aload_2
      21: athrow
      22: return

1. monitorenter(3)：每个对象都是一个监视器锁（monitor）。当monitor被占用时就会处于锁定状态，线程执行monitorenter指令时尝试获取monitor的所有权，过程如下：

2. monitorexit(13)：执行monitorexit的线程必须是objectref所对应的monitor的所有者。指令执行时，monitor的进入数减1，如果减1后进入数为0，那线程退出monitor，不再是这个monitor的所有者。其他被这个monitor阻塞的线程可以尝试去获取这个 monitor 的所有权。

1. 如果monitor的进入数为0，则该线程进入monitor，然后将进入数设置为1，该线程即为monitor的所有者；

2. 如果线程已经占有该monitor，只是重新进入，则进入monitor的进入数加1；

3. 如果其他线程已经占用了monitor，则该线程进入阻塞状态，直到monitor的进入数为0，再重新尝试获取monitor的所有权；

monitorexit指令出现了两次，第1次为同步正常退出释放锁；第2次为发生异步退出释放锁；

通过上面两段描述，我们应该能很清楚的看出Synchronized的实现原理，Synchronized的语义底层是通过一个monitor的对象来完成，其实wait/notify等方法也依赖于monitor对象，这就是为什么只有在同步的块或者方法中才能调用wait/notify等方法，否则会抛出java.lang.IllegalMonitorStateException的异常的原因。

同步方法

package com.test;
public class SynchronizedMethod {
    public synchronized void method() {
        System.out.println("Hello World!");
    }
}

反编译结果

public synchronized void method();
  descriptor: ()V
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SYHCHRONIZED
  Code:
    stack=2, locals=1, args_size=l
      0: getstatic      #2      // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
      3: ldc            #3      // String Hello World!
      5: invokevirtual  #4      // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
      8: return
    LineNumberTable:
      line 5: 0
      line 6: 8
      LocalVariableTable:
       Start  Length Slot   Name   Signature
           0      9     0   this   Lcom/test/SynchronizedMethod;

从编译的结果来看，方法的同步并没有通过指令 monitorenter 和 monitorexit 来完成（理论上其实也可以通过这两条指令来实现），不过相对于普通方法，其常量池中多了 ACC_SYNCHRONIZED 标示符。JVM就是根据该标示符来实现方法的同步的：

当方法调用时，调用指令将会检查方法的 ACC_SYNCHRONIZED 访问标志是否被设置，如果设置了，执行线程将先获取monitor，获取成功之后才能执行方法体，方法执行完后再释放monitor。在方法执行期间，其他任何线程都无法再获得同一个monitor对象。

两种同步方式本质上没有区别，只是方法的同步是一种隐式的方式来实现，无需通过字节码来完成。两个指令的执行是JVM通过调用操作系统的互斥原语mutex来实现，被阻塞的线程会被挂起、等待重新调度，会导致“用户态和内核态”两个态之间来回切换，对性能有较大影响。