在上一篇中我们提到了volatile关键字可通过插入内存屏障的方式来保证变量的可见性（每次使用都到主存中进行读取）和有序性（不允许指令重排序），但是volatile关键字不保证对变量复合操作的原子性，例如i++操作在jvm层面实际上是通过多条指令操作完成，而若用synchronized 关键字将操作代码块包起来，则同一时刻只有一个线程能进入进行操作，这就保证了原子性。
在 Java 早期版本中，synchronized 属于 重量级锁，效率低下。这是因为监视器锁（monitor）是依赖于底层的操作系统的 Mutex Lock 来实现的，Java 的线程是映射到操作系统的原生线程之上的。如果要挂起或者唤醒一个线程，都需要操作系统帮忙完成，而操作系统实现线程之间的切换时需要从用户态转换到内核态，这个状态之间的转换需要相对比较长的时间，时间成本相对较高。在 Java 6 之后， synchronized 引入了大量的优化如自旋锁、适应性自旋锁、锁消除、锁粗化、偏向锁、轻量级锁等技术来减少锁操作的开销，这些优化让 synchronized 锁的效率提升了很多。
一、synchronized的使用方法
synchronized 块是 Java 提供的一种原子性内置锁，Java 中的每个对象都可以把它当作一个同步锁来使用。
synchronized关键字可以用来修饰实例方法、静态方法、代码块，表示对其进行加锁，当线程进入 synchronized 代码块前只有获取到相应的锁才能访问，否则自动进入自旋或阻塞状态（BLOCKED）等待锁被其他线程释放后竞争锁。
1、修饰实例方法 （锁当前对象实例）
给当前对象实例加锁，进入同步代码前要获得 当前对象实例的锁 。
synchronized void method() {
//业务代码
}
2、修饰静态方法 （锁类对象）
给当前类加锁，进入同步代码前要获得 当前类class对象的锁。这是因为静态成员不属于任何一个实例对象，归整个类所有，不依赖于类的特定实例。
synchronized static void method() {
//业务代码
}
3、修饰代码块 （锁指定对象/类对象）
- synchronized(object) 表示进入同步代码前要获得 给定对象的锁。
- synchronized(类.class) 表示进入同步代码前要获得 给定 Class对象 的锁。
synchronized(this) {
//业务代码
}
volatile和synchronized的区别是什么？
volatile 关键字用于修饰变量，可保证变量的可见性和有序性。synchronized关键字用于修饰方法或代码块，可保证代码块的原子性以及代码块内变量的可见性，以及代码块外部和内部之间的有序性（代码块内部的有序性不保证，例如DCL单例指令重排问题）。
占有锁的线程在什么情况下会释放锁？
1：占有锁的线程执行完了该代码块，然后释放对锁的占有；
2：占有锁线程执行发生异常，此时JVM会让线程自动释放锁；
3：占有锁线程进入 WAITING 状态从而释放锁，例如在该线程中调用wait()方法等
二、synchronized的底层原理
在JVM中每个对象都关联了一个monitor监视器（C++实现），synchronized的同步机制就是基于monitor实现的，当线程进入synchronized块时需要获取对应对象的锁 也就是获取对象监视器 monitor的持有权，首先检查对象markword中的锁标记，若是不可获取则进入阻塞状态（BLOCKED）并进入对应对象的锁池，等待其他线程释放锁。
对于synchronized同步代码块，编译后在代码块前后分别有一个monitorenter 和 monitorexit 指令，在JVM中当线程执行到monitorenter指令时尝试获取指定对象的锁，执行到monitorexit 指令则释放锁。
对于synchronized同步方法，编译后方法中有一个ACC_SYNCHRONIZED标识，在JVM中当线程执行到有此标识的方法时则尝试获取对应类实例/类对象的锁，退出方法后则释放锁。
三、synchronized的锁升级过程
早期synchronized实现的同步锁为重量级锁。但是重量级锁会造成线程阻塞排队（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。因此 Java6 对 synchronized 锁进行了优化，增加了轻量级锁和偏向锁。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：
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初期锁对象刚创建时，还没有任何线程来竞争，对象的markword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）。
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当有一个线程来竞争锁时，先用偏向锁，会在对象的markword中记录线程threadID，并且偏向锁不会主动释放锁，因此以后此线程再次获取锁的时候，通过比较当前线程的 threadID 和 对象头中的threadID 发现一致，则无需使用 CAS 来加锁、解锁，即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。如下图第二种情形。
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当有第二个线程开始竞争这个锁对象，通过对比markword中记录线程threadID发现不一致，那么需要查看Java 对象头中记录的线程 1 是否存活（偏向锁不会主动释放锁），如果没有存活，那么锁对象被重置为无锁状态，其它线程（线程 2）可以竞争将其设置为偏向锁；如果存活，那么立刻查找该线程（线程 1）的栈帧信息，如果还是需要继续持有这个锁对象，那么暂停当前线程 1，撤销偏向锁，升级为 轻量级锁，如果线程 1 不再使用该锁对象，那么将锁对象状态设为无锁状态，重新偏向新的线程。如下图第三种情形。
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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。如下图第四种情形。
锁消除
消除锁是虚拟机另外一种锁的优化，这种优化更彻底，Java 虚拟机在 JIT 编译时通过对运行上下文的扫描，去除不可能存在共享资源竞争的锁，通过这种方式消，除没有必要的锁，可以节省毫无意义的请求锁时间，我们知道StringBuffer 是线程安全的，里面包含锁的存在，但是如果我们在函数内部使用 StringBuffer 那么代码会在 JIT 后会自动将锁释放掉哦。
参考：