1）为什么需要多线程同步？ 一块资源被多个线程同时操作的时候，当没有人任何操作，每个线程不知道什么时候开始执行什么时候结束，所以最终程序的运行结果会跟预想的不同 2）临界资源 临界区 临界资源：同一时刻只能够允许一个线程去访问的资源 临界区：访问临界资源的代码段
线程同步实际是为了保证线程安全
Synchornized关键字 防止线程干扰和内存一致性错误，如果一个对象对多个线程是可见的，那么对该对象的所有读/写都可以通过同步的方式来进行
1）Synchronized关键字提供了锁机制，能够去保证共享资源的互斥访问， 解决数据不一致的问题2）Synchornized的用法同步方法 public synchornized void sync(){ } 同步代码块 private final Object mutex = new Object(); public void sync(){ synchornized(mutex){ ... }代码练习： 两个线程，一个顺序输出1 2 3 4 5，一个逆序输出5 4 3 2 1
public class MyThread { public synchronized void shun(){ for(int i=1;i<=5;i++){ System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"顺序输出"+i); } } public void ni(){ synchronized (MyThread.class){ for (int i = 5; i > 0; i--) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "逆序输出" + i); } } } public static void main(String[] args) { MyThread demo=new MyThread(); new Thread("线程1"){ @Override public void run() { demo.shun(); } }.start(); new Thread("线程2"){ @Override public void run() { demo.ni(); } }.start(); } }synchronized关键字是如何实现并发的呢 原子性：确保线程互斥的访问同步代码；
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；
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”；
synchronized 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
synchronized是如何获得锁的呢 同步代码块： 每一个对象都与一个monitor相关联，一个monitor lock只能被一个线程在同一时间锁获得
1）如果monitor计数器为0，表示当前monitor lock未被获得，该线程获得之后就会对该计数器 +1-》monitorenter 如果monitor已经被线程锁拥有，则其他线程尝试获取mointor lock,会被陷入阻塞状态，直到moitor计数器变为0，才能够再次去获得monitor lock -》 monitorexit。 以上两个被红框框柱的就是获取锁和释放锁的过程。那么同步方法是如何判断的呢 我们没有看到像是同步代码块中的monitorenter和exit的过程，只有一个ACC_SYNCHRONIZED标示符 JVM根据以上标示符去判断该方法是否是同步方法，如果是，执行的线程会先获取monitor lock，获取成功之后会去执行方法体，在方法体执行完之后释放monitor。方法执行期间，其他任何线程都没有办法去获得当前的monitor对象，只能阻塞。
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。
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。 1.实例数据：存放类的属性数据信息，包括父类的属性信息；
2.对齐填充：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；
3.对象头：Java对象头一般占有2个机器码（在32位虚拟机中，1个机器码等于4字节，也就是32bit，在64位虚拟机中，1个机器码是8个字节，也就是64bit），但是 如果对象是数组类型，则需要3个机器码，因为JVM虚拟机可以通过Java对象的元数据信息确定Java对象的大小，但是无法从数组的元数据来确认数组的大小，所以用一块来记录数组长度。
Synchronized用的锁就是存在Java对象头里的，那么什么是Java对象头呢？Hotspot虚拟机的对象头主要包括两部分数据：Mark Word（标记字段）、Class Pointer（类型指针）。其中 Class Pointer是对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例，Mark Word用于存储对象自身的运行时数据，它是实现轻量级锁和偏向锁的关键。
Mark Word用于存储对象自身的运行时数据，如：哈希码（HashCode）、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程 ID、偏向时间戳等。比如锁膨胀就是借助Mark Word的偏向的线程ID。
Java对象的状态主要靠Mark Word来标记，主要有5种，大部分与线程有关。这里以64位JVM为例： biased_lock：对象是否启用偏向锁标记，只占1个二进制位。为1时表示对象启用偏向锁，为0时表示对象没有偏向锁。lock和biased_lock共同表示对象处于什么锁状态。
age：4位的Java对象年龄。在GC中，如果对象在Survivor区复制一次，年龄增加1。当对象达到设定的阈值时，将会晋升到老年代。默认情况下，并行GC的年龄阈值为15，并发GC的年龄阈值为6。由于age只有4位，所以最大值为15，这就是-XX:MaxTenuringThreshold选项最大值为15的原因。
identity_hashcode：31位的对象标识hashCode，采用延迟加载技术。调用方法System.identityHashCode()计算，并会将结果写到该对象头中。当对象加锁后（偏向、轻量级、重量级），MarkWord的字节没有足够的空间保存hashCode，因此该值会移动到管程Monitor中。
thread：持有偏向锁的线程ID。
epoch：偏向锁的时间戳。
ptr_to_lock_record：轻量级锁状态下，指向栈中锁记录的指针。
ptr_to_heavyweight_monitor：重量级锁状态下，指向对象监视器Monitor的指针。
我们通常说的通过synchronized实现的同步锁，真实名称叫做重量级锁。但是重量级锁会造成线程排队（串行执行），且会使CPU在用户态和核心态之间频繁切换，所以代价高、效率低。为了提高效率，不会一开始就使用重量级锁，JVM在内部会根据需要，按如下步骤进行锁的升级：
1.初期锁对象刚创建时，还没有任何线程来竞争，对象的Mark Word是下图的第一种情形，这偏向锁标识位是0，锁状态01，说明该对象处于无锁状态（无线程竞争它）。
2.当有一个线程来竞争锁时，先用偏向锁，表示锁对象偏爱这个线程，这个线程要执行这个锁关联的任何代码，不需要再做任何检查和切换，这种竞争不激烈的情况下，效率非常高。这时Mark Word会记录自己偏爱的线程的ID，把该线程当做自己的熟人。如下图第二种情形。
3.当有两个线程开始竞争这个锁对象，情况发生变化了，不再是偏向（独占）锁了，锁会升级为轻量级锁，两个线程公平竞争，哪个线程先占有锁对象并执行代码，锁对象的Mark Word就执行哪个线程的栈帧中的锁记录。如下图第三种情形。
4.如果竞争的这个锁对象的线程更多，导致了更多的切换和等待，JVM会把该锁对象的锁升级为重量级锁，这个就叫做同步锁，这个锁对象Mark Word再次发生变化，会指向一个监视器对象，这个监视器对象用集合的形式，来登记和管理排队的线程。
1）偏向锁 CAS指令：（Compare And Swap）cpu层面的原子性操作指令，该指令存在三个参数，第一参数是目标地址，第二参数是值1，第三参数值2，指令会比较目标存储的值跟值1是否一致，如果一致目标地址会更新为新值，即值2。
如果一个线程获得了锁，那么锁就会进入偏向模式，锁标识位为01，是否为偏向锁为1，当这次线程再次请求锁的时候，不需要做同步操作，直接省略锁的获取阶段，提高系统的性能。这种场合下可能不存在锁竞争 锁竞争比较激烈的时候，偏向锁获取失败升级为轻量级锁 2）轻量级锁 轻量级锁所适应的线程交替执行同步快的场合 在代码进入同步代码快的时候，如果发现对象锁是无锁状态，在当前线程的栈帧中创建一个lock Record的空间， 存储对象Mark Word的拷贝，JVM使用CAS操作将对象Mark Word更新为指向Lock Record的引用，如果成功， 该线程拥有了这样的对象锁，对象Mark Word的锁标志位设置为00，表明该对象处于轻量级锁的状态；如果失败，锁竞争更加激烈，轻量级锁会升级为重量级锁
补充：轻量级锁抢锁失败，JVM会使用自旋锁，不断尝试获取锁，jdk1.7默认启用3）重量级锁 重量级锁使用会有操作系统的互斥量（MUTEX）和条件和（Conditionvariable）与其关联，在获取锁的过程修改操作系统层面的两个变量
在线程进入同步代码块的时候，如果此同步对象没有被锁定，即它的锁标志位是01，则虚拟机首先在当前线程的栈中创建我们称之为“锁记录（Lock Record）”的空间，用于存储锁对象的Mark Word的拷贝，官方把这个拷贝称为Displaced Mark Word。整个Mark Word及其拷贝至关重要。
Lock Record是线程私有的数据结构，每一个线程都有一个可用Lock Record列表，同时还有一个全局的可用列表。每一个被锁住的对象Mark Word都会和一个Lock Record关联（对象头的MarkWord中的Lock Word指向Lock Record的起始地址），同时Lock Record中有一个Owner字段存放拥有该锁的线程的唯一标识（或者object mark word），表示该锁被这个线程占用。如下图所示为Lock Record的内部结构
Owner : 初始为NUll，如果有线程获取到monitor锁，Owner会保存线程唯一标识EntryQ：阻塞所有试图获得monitor锁失败的线程RcThis：blocked/Waiting在monitor上的所有线程个数Nest：重入锁的个数HashCode：保存对象的HashcodeCandidate:用来避免不必要的阻塞或者额等待线程唤醒任何一个对象都有一个Monitor与之关联，当且一个Monitor被持有后，它将处于锁定状态。
Synchronized在JVM里的实现都是 基于进入和退出Monitor对象来实现方法同步和代码块同步，虽然具体实现细节不一样，但是都可以通过成对的MonitorEnter和MonitorExit指令来实现。
MonitorEnter指令：插入在同步代码块的开始位置，当代码执行到该指令时，将会尝试获取该对象Monitor的所有权，即尝试获得该对象的锁；
MonitorExit指令：插入在方法结束处和异常处，JVM保证每个MonitorEnter必须有对应的MonitorExit；
monitor 的数据结构
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 1.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；
2.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 WaitSet集合中等待被唤醒；
3.若当前线程执行完毕，也将释放monitor（锁）并复位count的值，以便其他线程进入获取monitor(锁)；
同时，Monitor对象存在于每个Java对象的对象头Mark Word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notify/notifyAll/wait等方法会使用到Monitor锁对象，所以必须在同步代码块中使用。
