作用和用法

• 在多线程对共享资源进行并发访问方面，JDK提供了synchronized关键字来进行线程同步，实现多线程并发访问的线程安全。synchronized的作用主要体现在三个方面：(1)确保线程互斥地访问同步代码；(2)保证共享变量的线程可见性；(3)禁止指令重排。其中(2)和(3)相当于volatile关键字的作用。
• synchronized可以用在代码的以下地方：

(1)静态方法：将类对象自身作为monitor对象，对该类所有使用了sychronized修饰的静态方法进行同步，即任何时候只能存在一个线程在调用该类的使用了synchronized修饰的静态方法，其他调用了该类的使用了synchronized修饰的静态方法的线程需要阻塞；

(2)普通成员方法：使用类的对象实例作为monitor对象，该类所有使用了synchronized修饰的成员方法，在任何时刻只能被一个线程访问，其他线程需要阻塞；

(3)代码块：使用某个对象作为monitor对象，通常为一个普通的private成员变量，如private Object object = new Object();，这样所有使用了该object对象的同步块，在任何时候只能存在一个线程访问。

• synchronized可以与monitor对象的wait，notify，notifyAll方法一起来使用，实现线程之间的通信，如实现生产者和消费者模型。其中多个线程共享一个monitor对象，在线程持有synchronized锁时，才能调用monitor的wait，notify或者notifyAll，分别用于释放monitor锁，阻塞休眠，等待其他线程；通知和唤醒其中一个阻塞休眠的线程，让该线程去获取monitor锁；通知所有阻塞休眠的线程去竞争monitor锁。
• synchronized使用方便，无需显示地在应用代码中加锁和解锁，只需在对应的方法或者代码块中使用synchronized关键字修饰即可，由JVM自身实现自动地加锁和释放锁。
• synchronized修饰的范围越小，线程并发度越高，性能越好，所以通常使用同步代码块，而不是同步方法来缩小同步范围，优化性能。

实现原理

JVM层面

• synchronized关键字是基于JVM提供的monitorenter和monitorexit字节码指令，以及结合监视器monitor来实现的。
• 由上面的分析可知，synchronized关键字用在静态方法，普通成员方法，代码块中，分别需要以类对象自身，类的对象实例，某个普通对象作为对应的monitor对象。
• 由JVM的相关知识可知，任何java类都需要编译成class字节码，然后加载到JVM当中去执行。而在编译一个java类生成对应class字节码时，当遇到sychronized关键字时，会在sychronized关键字所修饰的方法或者代码块的开始处：增加一个monitorenter字节码指令，在方法或者代码块的结束处：增加monitorexit字节码指令，即使用monitorenter和monitorexit字节码指令包围该方法或者代码块对应的字节码。如下：
• 在类的成员方法中使用synchronized关键字：

• 反编译该类对应的class字节码文件：在成员方法method对应的字节码周围使用了monitorenter和monitorexit字节码指令。

monitorenter和monitorexit指令的作用为：

• monitorenter的作用：所有线程共享该同步代码和该对象关联的监视器monitor，每个线程执行到monitorenter指令的时候，会检查对应的monitor对象的计数是否为0，是则当前线程成为该monitor对象的owner，即锁住该monitor对象了，并递增该计数为1，之后该线程每调用一次使用了该monitor对象进行同步的方法，计数加一(所以synchronized也是可重入的)；其他线程检查到monitor对象的计数不为0，则知道该monitor对象已经被其他线程持有锁住了，故当前线程会阻塞直到该monitor的计数重新变为0，则阻塞的线程们会继续竞争成为该monitor的owner，从而可以访问同步代码。
• monitorexit的作用：当持有该monitor对象的线程每执行完一个同步代码时(如对于成员方法，如果该线程调用了多个使用sychronized修饰的成员方法，则每个方法执行完执行一次monitor减一)，将monitor的计数减一，当monitor对象的计数递减到0时，则当前线程不再持有该monitor对象，其他阻塞的线程此时可以竞争成为该monitor的owner，成功的线程可以访问同步代码。
• 为什么monitor对象的wait，notify，notifyAll需要在synchronized同步代码里面使用呢？首先需要理解以下概念：

1. 每个对象关联一个监视器monitor；
2. 每个监视器monitor都有一个该对象的锁(即计数是否为0，为0则说明没有其他线程加锁)，一个等待队列和一个同步队列；

• wait方法：释放对象锁，然后进入等待队列；
• notify和notifyAll方法：从等待队列被唤醒，放到同步队列去竞争该对象锁；
• 所以线程在执行wait，notify，notifyAll时需要依赖该监视器monitor，即该线程成为该监视器的owner，从而可以访问synchronized包围的同步代码，这样才能有权访问该监视器对应的对象锁，等待队列和同步队列。

操作系统层面

• 在操作系统层面，synchronized是基于操作系统的Metux Lock来实现的，而操作系统实现线程之间的切换是需要进行上下文切换的，即从用户态切换到内核态，所以这也是synchronized相对来说成本较高，性能相对较低的原因。