synchronized知識
在談論synchronized之前，我們需要了解線程安全問題的主要誘因。線程安全問題的主要誘因如下：
- 存在共享數據（也稱為臨界資源）
- 存在多條線程共同操作這些共享數據
而解決線程安全的根本方法就是：同一時刻有且只有一個線程在操作共享數據，其他線程必須等到該線程處理完數據后再對共享數據進行操作。
基於上述，引入了互斥鎖，其具有兩個特性：
- 互斥性：即在同一時間只允許一個線程持有某個對象鎖，通過這種特性來實現多線程的協調機制，這樣在同一時間只有一個線程對需要同步的代碼塊進行訪問。互斥性也稱作操作的原子性。
- 可見性：必須確保在鎖被釋放之前，對共享變量所做的修改，對於隨后獲得該鎖的另一個線程是可見的（即在獲得鎖時應獲得最新共享變量的值），否則另一個線程可能是在本地緩存的某個副本上繼續操作，從而引起不一致。
需要注意的是，synchronized鎖的不是代碼，而是對象。
根據獲取鎖的分類，可分為獲取對象鎖、獲取類鎖。
獲取對象鎖的兩種方法：
1、同步代碼塊（synchronized（this），synchronized（類實例對象）），鎖是小括號中的實例對象。
2、同步非靜態方法（synchronized method），鎖是當前對象的實例對象。
獲取類鎖的兩種方法：
1、同步代碼塊（synchronized（類.class）），鎖是小括號中的類的對象。
2、同步靜態方法（synchronized static method），鎖是當前對象的類對象（class對象）。
接下來，對對象鎖和類鎖進行總結對比：
1、有線程訪問對象的同步代碼塊時，另外的線程可以訪問該對象的非同步代碼塊；
2、若鎖住的是同一個對象，一個線程在訪問對象的同步代碼塊時，另一個訪問對象的同步代碼塊的線程會被阻塞；
3、若鎖住的是同一個對象，一個線程在訪問對象的同步方法時，另一個訪問對象的同步方法的線程會被阻塞；
4、若鎖住的是同一個對象，一個線程在訪問對象的同步代碼塊時，另一個訪問對象的同步方法的線程會被阻塞，反之亦然；
5、同一類的不同對象的對象鎖互不干擾；
6、類鎖由於也是一種特殊的對象鎖，因此表現和上述的1、2、3、4一致，而由於一個類只有一把對象鎖，所以同一類的不同對象使用類鎖將會是同步的；
7、類鎖和對象鎖互不干擾。
synchronized底層實現原理
實現synchronized的基礎：Java對象頭+Monitor
對象頭的結構如下：
| 虛擬機位數 | 頭對象結構 | 說明 |
| 32/64bit | Mark Word | 默認存儲對象的hashcode，分代年齡，鎖類型，鎖標志位等信息。 |
| 32/64bit | Class Metadata Address | 類型指針指向對象的類元數據，JVM通過這個指針確定該對象是哪個類的數據。 |
下面是32bit的Mark Word的說明圖：
而對於Monitor，每個Java對象天生自帶一把看不見的鎖（內部鎖/Monitor鎖）。
Monitor鎖的競爭與釋放如下圖所示：
在早期的Java版本中，synchronized屬於重量級鎖，依賴於Mutex Lock實現。線程之間的切換需要從用戶態轉換到核心態，開銷很大。
在Java 6之后，synchronized性能得到很大提升。主要是因為引入了：
1：Adaptive spinning（自適應自旋）
2：Lock Eliminate（鎖消除）
3：Lock Coarsening（鎖粗化）
4：Lightweight Locking（輕量級鎖）
5：Biased Locking（偏向鎖）
6：......
下面對這些概念進行介紹。
自旋鎖與自適應自旋鎖：
自旋鎖：在很多情況下，共享數據的鎖定狀態持續時間較短，切換線程不值得。就通過讓線程執行忙循環等待鎖的釋放，而不讓出CPU。缺點是若鎖被其他線程長時間占用，會帶來許多性能上的開銷。用戶使用preBlockspin來修改等待時間、次數，不好設定。
這樣的話，自適應自旋鎖就出現了，它自旋的次數不固定，由前一次在同一個鎖上的自旋時間及鎖的持有者的狀態來決定。
鎖消除：
JIT編譯時，對運行的上下文進行掃描，去除不可能存在競爭的鎖，節省毫無意義的請求鎖的時間。
鎖粗化：
通過擴大加鎖的范圍，避免反復加鎖和解鎖。
偏向鎖：
減少同一線程獲取鎖的代價。
大多數情況下，鎖不存在多線程競爭，總是由同一個線程多次獲得。
核心思想：如果一個線程獲得了鎖，那么鎖就進入了偏向鎖模式，此時Mark Word的結構也變為偏向結構，當該線程再次請求鎖的時候，無需做任何操作，即獲得鎖的過程只需檢查Mark Word的鎖標記位為偏向鎖以及當前線程ID等於Mark Word的ThreadID即可，這樣就省去了大量有關鎖申請的操作。
不使用與鎖競爭比較激烈的多線程場合。
輕量級鎖：
輕量級鎖是由偏向鎖升級來的，偏向鎖運行在一個線程進入同步塊的情況下，當第二個線程加入鎖競爭的時候，偏向鎖就會升級為輕量級鎖。
使用場景：線程交替執行同步塊。
若存在同一時間訪問同一鎖的情況，就會導致輕量級鎖膨脹為重量級鎖。
synchronized和ReentrantLock的區別
ReentrantLock稱為重入鎖，位於JUC包的locks，和CountDownLatch、FutureTask一樣基於AQS實現。能夠實現比synchronized更細粒度的控制，比如控制公平性。此外需要注意，調用lock（）之后，必須調用unlock（）釋放鎖。它的性能未必比synchronized高，並且是可重入的。
ReentrantLock公平性的設置：
ReentrantLock fairLock = new ReentrantLock（true）；
參數為true時，傾向於將鎖賦予等待時間最久的線程；
公平鎖：獲取鎖的順序按先后調用lock方法的順序（慎用）；
非公平鎖：搶占的順序不一定，看運氣；
synchronized是非公平鎖。
ReentrantLock能夠將鎖對象化：
判斷是否有線程，或者某個特定線程，在排隊等候獲取鎖；
帶超時的獲取鎖的嘗試；
感知有沒有成功獲取鎖。
ReentrantLock能夠將wait/notify/notifyAll對象化。
總結：
1、synchronized是關鍵字，ReentrantLock是類；
2、ReentrantLock可以獲取鎖的時間進行設置，避免死鎖；
3、ReentrantLock可以獲取各種鎖的信息；
4、ReentrantLock可以靈活實現多路通知；
5、機制：sync操作Mark Word，lock調用Unsafe類的park（）方法。