Java并发编程系列：
一、Synchronized的基本使用
Synchronized是Java中解决并发问题的一种最常用的方法，也是最简单的一种方法。Synchronized的作用主要有三个：（1）确保线程互斥的访问同步代码（2）保证共享变量的修改能够及时可见（3）有效解决重排序问题。从语法上讲，Synchronized总共有三种用法：
（1）修饰普通方法
（2）修饰静态方法
（3）修饰代码块
接下来我就通过几个例子程序来说明一下这三种使用方式（为了便于比较，三段代码除了Synchronized的使用方式不同以外，其他基本保持一致）。
1、没有同步的情况：
代码段一：
package com.paddx.test.concurrent; public class SynchronizedTest { public void method1(){ System.out.println("Method 1 start"); try { System.out.println("Method 1 execute"); Thread.sleep(3000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("Method 1 end"); } public void method2(){ System.out.println("Method 2 start"); try { System.out.println("Method 2 execute"); Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("Method 2 end"); } public static void main(String[] args) { final SynchronizedTest test = new SynchronizedTest(); new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { test.method1(); } }).start(); new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { test.method2(); } }).start(); } }
执行结果如下，线程1和线程2同时进入执行状态，线程2执行速度比线程1快，所以线程2先执行完成，这个过程中线程1和线程2是同时执行的。
Method 1 start Method 1 execute Method 2 start Method 2 execute Method 2 end Method 1 end
2、对普通方法同步：
package com.paddx.test.concurrent; public class SynchronizedTest { public synchronized void method1(){ //同步代码块，保证线程在执行时加锁 System.out.println("Method 1 start"); try { System.out.println("Method 1 execute"); Thread.sleep(3000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("Method 1 end"); } public synchronized void method2(){ //同步代码块，保证线程在执行时加锁 System.out.println("Method 2 start"); try { System.out.println("Method 2 execute"); Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("Method 2 end"); } public static void main(String[] args) { final SynchronizedTest test = new SynchronizedTest(); new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { test.method1(); } }).start(); new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { test.method2(); } }).start(); } }
执行结果如下，跟代码段一比较，可以很明显的看出，线程2需要等待线程1的method1执行完成才能开始执行method2方法。
Method 1 start //线程2必须等待1执行完成才开始执行 Method 1 execute Method 1 end Method 2 start Method 2 execute Method 2 end
3、静态方法（类）同步
代码段三：
package com.paddx.test.concurrent; public class SynchronizedTest { public static synchronized void method1(){ System.out.println("Method 1 start"); try { System.out.println("Method 1 execute"); Thread.sleep(3000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("Method 1 end"); } public static synchronized void method2(){ System.out.println("Method 2 start"); try { System.out.println("Method 2 execute"); Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("Method 2 end"); } public static void main(String[] args) { final SynchronizedTest test = new SynchronizedTest(); final SynchronizedTest test2 = new SynchronizedTest(); new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { test.method1(); } }).start(); new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { test2.method2(); } }).start(); } }
执行结果如下，对静态方法的同步本质上是对类的同步（静态方法本质上是属于类的方法，而不是对象上的方法），所以即使test和test2属于不同的对象，但是它们都属于SynchronizedTest类的实例，所以也只能顺序的执行method1和method2，不能并发执行。
Method 1 start Method 1 execute Method 1 end Method 2 start Method 2 execute Method 2 end
4、代码块同步
代码段四：
package com.paddx.test.concurrent; public class SynchronizedTest { public void method1(){ System.out.println("Method 1 start"); try { synchronized (this) { //同步代码块，属于对象锁，需要等到方法1执行完成才执行方法2 System.out.println("Method 1 execute"); Thread.sleep(3000); } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("Method 1 end"); } public void method2(){ System.out.println("Method 2 start"); try { synchronized (this) { //同步代码块执行，属于对象锁 System.out.println("Method 2 execute"); Thread.sleep(1000); } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("Method 2 end"); } public static void main(String[] args) { final SynchronizedTest test = new SynchronizedTest(); new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { test.method1(); } }).start(); new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { test.method2(); } }).start(); } }
执行结果如下，虽然线程1和线程2都进入了对应的方法开始执行，但是线程2在进入同步块之前，需要等待线程1中同步块执行完成。
Method 1 start Method 1 execute Method 2 start Method 1 end Method 2 execute Method 2 end
二、Synchronized 原理
如果对上面的执行结果还有疑问，也先不用急，我们先来了解Synchronized的原理，再回头上面的问题就一目了然了。我们先通过反编译下面的代码来看看Synchronized是如何实现对代码块进行同步的：
package com.paddx.test.concurrent; public class SynchronizedDemo { public void method() { synchronized (this) { System.out.println("Method 1 start"); } } }
反编译结果：
关于这两条指令的作用，我们直接参考JVM规范中描述：
monitorenter ：
这段话的大概意思为：
每个对象有一个监视器锁（monitor）。当monitor被占用时就会处于锁定状态，线程执行monitorenter指令时尝试获取monitor的所有权，过程如下：
1、如果monitor的进入数为0，则该线程进入monitor，然后将进入数设置为1，该线程即为monitor的所有者。
2、如果线程已经占有该monitor，只是重新进入，则进入monitor的进入数加1.
3.如果其他线程已经占用了monitor，则该线程进入阻塞状态，直到monitor的进入数为0，再重新尝试获取monitor的所有权。
monitorexit：
这段话的大概意思为：
执行monitorexit的线程必须是objectref所对应的monitor的所有者。
指令执行时，monitor的进入数减1，如果减1后进入数为0，那线程退出monitor，不再是这个monitor的所有者。其他被这个monitor阻塞的线程可以尝试去获取这个 monitor 的所有权。
通过这两段描述，我们应该能很清楚的看出Synchronized的实现原理，Synchronized的语义底层是通过一个monitor的对象来完成，其实wait/notify等方法也依赖于monitor对象，这就是为什么只有在同步的块或者方法中才能调用wait/notify等方法，否则会抛出java.lang.IllegalMonitorStateException的异常的原因。
我们再来看一下同步方法的反编译结果：
package com.paddx.test.concurrent; public class SynchronizedMethod { public synchronized void method() { System.out.println("Hello World!"); } }
反编译结果
从反编译的结果来看，方法的同步并没有通过指令monitorenter和monitorexit来完成（理论上其实也可以通过这两条指令来实现），不过相对于普通方法，其常量池中多了ACC_SYNCHRONIZED标示符。JVM就是根据该标示符来实现方法的同步的：当方法调用时，调用指令将会检查方法的 ACC_SYNCHRONIZED 访问标志是否被设置，如果设置了，执行线程将先获取monitor，获取成功之后才能执行方法体，方法执行完后再释放monitor。在方法执行期间，其他任何线程都无法再获得同一个monitor对象。 其实本质上没有区别，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。
三、运行结果解释
有了对Synchronized原理的认识，再来看上面的程序就可以迎刃而解了。
1、代码段2结果：
虽然method1和method2是不同的方法，但是这两个方法都进行了同步，并且是通过同一个对象去调用的，所以调用之前都需要先去竞争同一个对象上的锁（monitor），也就只能互斥的获取到锁，因此，method1和method2只能顺序的执行。
2、代码段3结果：
虽然test和test2属于不同对象，但是test和test2属于同一个类的不同实例，由于method1和method2都属于静态同步方法，所以调用的时候需要获取同一个类上monitor（每个类只对应一个class对象），所以也只能顺序的执行。
3、代码段4结果：
对于代码块的同步实质上需要获取Synchronized关键字后面括号中对象的monitor，由于这段代码中括号的内容都是this，而method1和method2又是通过同一的对象去调用的，所以进入同步块之前需要去竞争同一个对象上的锁，因此只能顺序执行同步块。