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什么是synchronized
在Java中，synchronized关键字是一种同步机制，用于控制多个线程对共享资源的访问，以保证在任意时刻只有一个线程可以执行特定的代码段。
synchronized锁用法
同步方法
在方法声明中使用 synchronized 关键字，可以将整个方法标记为同步方法。当一个线程访问该同步方法时，其他线程将无法同时访问该对象的任何同步方法。
1.实例方法
这种方式是将当前实例对象作为锁对象，即 this。
public synchronized void instanceMethod() {
// 方法体
}例如：
public class Counter {
private int count = 0;
// 同步实例方法
public synchronized void increment() {
count++;
}
public synchronized int getCount() {
return count;
}
}increment 和 getCount 都是同步实例方法。当多个线程同时访问 Counter 对象时，它们必须依次执行这两个方法，以确保 count 的正确性。
2.静态方法
这种方式是将当前类的 Class 对象作为锁对象。
public static synchronized void staticMethod() {
// 方法体
}例如：
public class Singleton {
private static Singleton instance;
// 同步静态方法
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}getInstance 是同步静态方法。当多个线程同时调用 getInstance 时，它们必须依次执行，以确保 instance 只被创建一次，实现线程安全的单例模式。
同步代码块
在代码块中使用 synchronized 关键字，可以更细粒度地控制同步范围，只对代码块中的代码进行同步。
1.同步实例对象
这种方式将当前实例对象作为锁对象。
public void someMethod() {
synchronized (this) {
// 只有这部分代码是同步的
}
}例如：
public class BankAccount {
private double balance;
public void deposit(double amount) {
synchronized (this) { // 同步实例对象
if (amount > 0) {
balance += amount;
}
}
}
public void withdraw(double amount) {
synchronized (this) { // 同步实例对象
if (amount > 0 && amount <= balance) {
balance -= amount;
}
}
}
}deposit 和 withdraw 方法中使用同步代码块，将当前实例对象 this 作为锁对象。这样可以确保在修改 balance 时，同一时刻只有一个线程能够执行这些操作，避免并发问题。
2.同步任意对象
这种方式可以使用任意对象作为锁对象，适用于更复杂的同步控制场景。
private final Object lock = new Object();
public void anotherMethod() {
synchronized (lock) {
// 只有这部分代码是同步的
}
}例如：
public class Cache {
private final Map<String, Object> cacheMap = new HashMap<>();
private final Object lock = new Object();
public void put(String key, Object value) {
synchronized (lock) { // 同步任意对象
cacheMap.put(key, value);
}
}
public Object get(String key) {
synchronized (lock) { // 同步任意对象
return cacheMap.get(key);
}
}
}put 和 get 方法中使用同步代码块，将一个任意对象 lock 作为锁对象。这样可以对 cacheMap 的操作进行同步控制，确保在多个线程访问缓存时，数据的一致性和完整性。
四种用法总结
同步实例方法和同步静态方法适用于简单的同步需求，但可能导致性能问题。
同步代码块提供了更细粒度的同步控制，可以减少不必要的同步开销。
同步任意对象的方式提供了更灵活的同步控制，适用于复杂的同步场景。
synchronized锁升级
锁升级（Lock Coarsening）是JVM对synchronized锁进行优化的一种机制。锁升级的目的是减少锁操作的开销，提高多线程程序的性能。
在JDK 1.6之后，JVM为了提⾼锁的获取与释放效率，对synchronized的实现进⾏了优化，引⼊了偏向锁和轻量级锁，从此以后Java内置锁的状态就有了4种（无锁、偏向锁、轻量级锁和重量级锁），并且4种 状态会随着竞争的情况逐渐升级，⽽且是不可逆的过程，即不可降级，也就是说只能进⾏锁升级（从低级别到⾼级别）。
MarkWord
Mark Word（标记字段）是Java对象头（Object Header）的一部分，它用于存储对象的运行时数据，例如哈希码、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。
无锁（Unlock）
概念：无锁是指对象头中的锁标志位为01，表示对象没有被任何线程锁定。
特点：当没有任何线程尝试获取对象锁时，对象处于无锁状态。此时，对象可以被任意线程获取锁。
适用场景：适用于对象未被同步或者同步代码块未被任何线程执行的情况。
偏向锁（Biased Locking）
概念：偏向锁是JVM为了提高锁的获取效率而引入的一种锁状态。当一个线程第一次获取对象锁时，JVM会将对象头中的锁标志位设置为偏向锁状态，并记录获取锁的线程ID。
特点：
偏向线程：偏向锁会偏向于第一次获取它的线程。当该线程再次获取锁时，不需要进行任何同步操作，直接成功。
撤销偏向：如果其他线程尝试获取偏向锁，JVM会撤销偏向锁状态，并根据竞争情况升级为轻量级锁或重量级锁。
适用场景：适用于锁被同一线程多次获取的场景，可以减少锁的获取和释放开销。
轻量级锁（Lightweight Lock）
概念：轻量级锁是当两个或多个线程交替执行同步块时，为了减少线程阻塞的开销而引入的一种锁状态。
特点：
CAS操作：轻量级锁使用CAS（Compare-And-Swap）操作来尝试获取锁。如果对象头中的锁标志位为00，表示对象处于无锁状态，线程会尝试用CAS操作将对象头中的锁标志位改为轻量级锁状态。
自旋等待：当一个线程获取轻量级锁后，其他线程尝试获取锁时会进入自旋等待状态。自旋等待是一种忙等待，线程不会进入阻塞状态，而是不断尝试获取锁。
锁膨胀：如果自旋等待的线程太多或者自旋时间过长，轻量级锁会膨胀为重量级锁。
适用场景：适用于锁竞争不激烈且同步块执行时间较短的场景，可以减少线程阻塞的开销。
重量级锁（Heavyweight Lock）
概念：重量级锁是传统的锁机制，当轻量级锁膨胀或者锁竞争激烈时，锁会升级为重量级锁。
特点：
阻塞队列：重量级锁使用操作系统的阻塞队列来管理等待锁的线程。当一个线程获取重量级锁后，其他线程尝试获取锁时会被阻塞，进入阻塞队列等待。
上下文切换：重量级锁会导致线程的上下文切换，线程从运行状态变为阻塞状态，再从阻塞状态变为运行状态需要进行上下文切换，开销较大。
适用场景：适用于锁竞争激烈的场景，可以保证线程间的互斥访问。
锁状态的升级过程
无锁 -> 偏向锁：当一个线程第一次获取对象锁时，如果没有其他线程竞争，锁会从无锁状态升级为偏向锁状态。
偏向锁 -> 轻量级锁：当其他线程尝试获取偏向锁时，偏向锁状态会被撤销，并升级为轻量级锁状态。
轻量级锁 -> 重量级锁：当轻量级锁的自旋等待线程太多或者自旋时间过长时，锁会膨胀为重量级锁状态。
注意：锁状态的升级是不可逆的：锁状态只能从无锁升级到偏向锁、轻量级锁、重量级锁，不能从重量级锁降级到轻量级锁或偏向锁。
锁优化的目的是提高性能：JVM通过锁状态的升级和优化，减少了锁的获取和释放开销，提高了多线程程序的性能。开发者在编写代码时，不需要显式地管理锁状态，JVM会根据实际情况自动进行优化。
synchronized锁特点
原子性
当一个线程进入被 synchronized 修饰的代码块时，其他线程无法同时进入该代码块。这确保了代码块内的操作是原子性的，即要么全部执行，要么全部不执行，不会出现部分执行的情况。
可见性
当一个线程修改了被 synchronized 修饰的共享变量后，其他线程能够立即看到这个修改。这是因为 synchronized 会将共享变量的修改强制刷新到主内存中，其他线程在获取锁时会从主内存中读取最新的值。
可重入
synchronized 会维护一个锁持有计数来追踪同一个线程对锁的多次获取。每次线程获取锁时，计数加一；每次释放锁时，计数减一。只有当计数归零时，其他线程才能获取该锁。
简单易用
synchronized 的使用语法简单明了，可以通过同步方法或同步代码块的方式轻松实现线程同步。