本文来自JavaGuide、廖雪峰，郎涯进行简单排版与补充
如果多个线程同时读写共享变量，会出现数据不一致的问题。
我们假设 n 的值是 100，如果两个线程同时执行 n = n + 1，得到的结果很可能不是 102，而是 101，原因在于：
┌───────┐ ┌───────┐
│Thread1│ │Thread2│
└───┬───┘ └───┬───┘
│ │
│ILOAD (100) │
│ │ILOAD (100)
│ │IADD
│ │ISTORE (101)
│IADD │
│ISTORE (101)│
▼ ▼
如果线程1在执行 ILOAD 后被操作系统中断，此刻如果线程2被调度执行，它执行 ILOAD 后获取的值仍然是 100，最终结果被两个线程的 ISTORE 写入后变成了 101，而不是期待的 102。
类比我们开发网站后台系统使用的缓存（比如 Redis）是为了解决程序处理速度和访问常规关系型数据库速度不对等的问题。我们甚至可以把 内存可以看作外存的高速缓存，程序运行的时候我们把外存的数据复制到内存，由于内存的处理速度远远高于外存，这样提高了处理速度。
CPU Cache 缓存的是内存数据用于解决 CPU 处理速度和内存不匹配的问题，内存缓存的是硬盘数据用于解决硬盘访问速度过慢的问题。
为了更好地理解，我画了一个简单的 CPU Cache 示意图如下（实际上，现代的 CPU Cache 通常分为三层，分别叫 L1,L2,L3 Cache）:
CPU Cache 的工作方式：
先复制一份数据到 CPU Cache 中，当 CPU 需要用到的时候就可以直接从 CPU Cache 中读取数据，当运算完成后，再将运算得到的数据写回 Main Memory 中。但是这样存在 内存缓存不一致性的问题 ！比如我执行一个 i++操作的话，如果两个线程同时执行的话，假设两个线程从 CPU Cache 中读取的 i=1，两个线程做了 1++运算完之后再写回 Main Memory 之后 i=2，而正确结果应该是 i=3。
CPU 为了解决内存缓存不一致性问题可以通过制定缓存一致协议或者其他手段来解决。
在 JDK1.2 之前，Java 的内存模型实现总是从主存（即共享内存）读取变量，是不需要进行特别的注意的。而在当前的 Java 内存模型下，线程可以把变量保存本地内存（比如机器的寄存器）中，而不是直接在主存中进行读写。这就可能造成一个线程在主存中修改了一个变量的值，而另外一个线程还继续使用它在寄存器中的变量值的拷贝，造成数据的不一致。
要解决这个问题，就需要把变量声明为 volatile ，这就指示 JVM 每次使用它都到主存中进行读取，保证变量的可见性。
-
原子性
一个的操作或者多次操作，要么所有的操作全部都得到执行并且不会收到任何因素的干扰而中断，要么所有的操作都执行，要么都不执行。
synchronized可以保证代码片段的原子性 -
可见性
当一个线程对共享变量进行了修改，那么另外的线程都是立即可以看到修改后的最新值。
volatile关键字可以保证共享变量的可见性 -
有序性
代码在执行的过程中的先后顺序，Java 在编译器以及运行期间的优化，导致代码的执行顺序未必就是编写代码时候的顺序。
volatile关键字可以禁止指令进行重排序优化
synchronized 关键字解决的是多个线程之间访问资源的同步性，synchronized 关键字可以保证被它修饰的方法或者代码块在任意时刻只能有一个线程执行。
JDK1.6 对锁的实现引入了大量的优化，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。
所以你会发现目前的话，不论是各种开源框架还是 JDK 源码都大量使用了 synchronized 关键字。
synchronized 关键字最主要的三种使用方式：
保证一段代码的原子性就是通过加锁和解锁实现的：
-
Java 程序使用
synchronized关键字对一个对象进行加锁，保证了代码块在任意时刻最多只有一个线程能执行synchronized(lock) { n = n + 1; }// 无论有无异常，都会在此释放锁
-
同步的本质就是给指定对象加锁，加锁后才能继续执行后续代码
-
注意加锁对象必须是 同一个实例
如果一个类被设计为允许多线程正确访问，我们就说这个类就是“线程安全”的：
- Java 标准库的
java.lang.StringBuffer是线程安全的 - 还有一些不变类，例如
String，Integer，LocalDate，它们的所有成员变量都是final，多线程同时访问时只能读不能写，这些不变类也是线程安全的 - 类似
Math这些只提供静态方法，没有成员变量的类，也是线程安全的
除了上述几种少数情况，大部分类，例如 ArrayList，都是非线程安全的类，我们不能在多线程中修改它们。
-
用
synchronized修饰方法可以把整个方法变为同步代码块，synchronized方法加锁对象是this -
一个类没有特殊说明，默认不是 thread-safe
-
多线程能否安全访问某个非线程安全的实例，需要具体问题具体分析
作用于当前对象实例加锁，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
}对于 static 方法，是没有 this 实例的，因为 static 方法是针对类而不是实例。但是我们注意到任何一个类都有一个由 JVM 自动创建的 Class 实例，因此，对 static 方法添加 synchronized，锁住的是该类的 Class 实例。
上述synchronized static 方法实际上相当于：
public class Counter {
public static void test(int n) {
synchronized(Counter.class) {
...
}
}
}
等价于
synchronized static void method() {
//业务代码
}总结：
synchronized关键字加到static静态方法和synchronized(class)代码块上都是是给 Class 类上锁synchronized关键字加到实例方法上是给对象实例上锁- 尽量不要使用
synchronized(String a)因为 JVM 中，字符串常量池具有缓存功能！
下面我以一个常见的面试题为例讲解一下 synchronized 关键字的具体使用。
面试中面试官经常会说：“单例模式了解吗？来给我手写一下！给我解释一下双重检验锁方式实现单例模式的原理呗！”
双重校验锁实现对象单例（线程安全）
public class Singleton {
private volatile static Singleton uniqueInstance;
private Singleton() {
}
public static Singleton getUniqueInstance() {
//先判断对象是否已经实例过，没有实例化过才进入加锁代码
if (uniqueInstance == null) {
//类对象加锁
synchronized (Singleton.class) {
if (uniqueInstance == null) {
uniqueInstance = new Singleton();
}
}
}
return uniqueInstance;
}
}另外，需要注意 uniqueInstance 采用 volatile 关键字修饰也是很有必要。
uniqueInstance = new Singleton(); 这段代码其实是分为三步执行：
-
为
uniqueInstance分配内存空间 -
初始化
uniqueInstance -
将
uniqueInstance指向分配的内存地址
但是由于 JVM 具有指令重排的特性，执行顺序有可能变成 1->3->2。指令重排在单线程环境下不会出现问题，但是在多线程环境下会导致一个线程获得还没有初始化的实例。例如，线程 T1 执行了 1 和 3，此时 T2 调用 getUniqueInstance() 后发现 uniqueInstance 不为空，因此返回 uniqueInstance，但此时 uniqueInstance 还未被初始化。
使用 volatile 可以禁止 JVM 的指令重排，保证在多线程环境下也能正常运行。
先说结论：构造方法不能使用 synchronized 关键字修饰。
构造方法本身就属于线程安全的，不存在同步的构造方法一说
synchronized 关键字底层原理属于 JVM 层面。
public class SynchronizedDemo {
public void method() {
synchronized (this) {
System.out.println("synchronized 代码块");
}
}
}通过 JDK 自带的 javap 命令查看 SynchronizedDemo 类的相关字节码信息：首先切换到类的对应目录执行 javac SynchronizedDemo.java 命令生成编译后的 .class 文件，然后执行javap -c -s -v -l SynchronizedDemo.class。
从上面我们可以看出：
synchronized 同步语句块的实现使用的是 monitorenter 和 monitorexit 指令，其中 monitorenter 指令指向同步代码块的开始位置，monitorexit 指令则指明同步代码块的结束位置。
当执行 monitorenter 指令时，线程试图获取锁也就是获取 对象监视器 monitor 的持有权。
在 Java 虚拟机(HotSpot)中，Monitor 是基于 C++实现的，由ObjectMonitor实现的。每个对象中都内置了一个
ObjectMonitor对象。另外，
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
在执行 monitorenter 时，会尝试获取对象的锁，如果锁的计数器为 0 则表示锁可以被获取，获取后将锁计数器设为 1 也就是加 1。
在执行 monitorexit 指令后，将锁计数器设为 0，表明锁被释放。如果获取对象锁失败，那当前线程就要阻塞等待，直到锁被另外一个线程释放为止。
public class SynchronizedDemo2 {
public synchronized void method() {
System.out.println("synchronized 方法");
}
}
synchronized 修饰的方法并没有 monitorenter 指令和 monitorexit 指令，取得代之的确实是 ACC_SYNCHRONIZED 标识，该标识指明了该方法是一个同步方法。JVM 通过该 ACC_SYNCHRONIZED 访问标志来辨别一个方法是否声明为同步方法，从而执行相应的同步调用。
synchronized 同步语句块的实现使用的是 monitorenter 和 monitorexit 指令，其中 monitorenter 指令指向同步代码块的开始位置，monitorexit 指令则指明同步代码块的结束位置。
synchronized 修饰的方法并没有 monitorenter 指令和 monitorexit 指令，取得代之的确实是 ACC_SYNCHRONIZED 标识，该标识指明了该方法是一个同步方法。
不过两者的本质都是对对象监视器 monitor 的获取
synchronized 关键字和 volatile 关键字是两个互补的存在，而不是对立的存在！
-
适用范围
volatile关键字只能用于变量而synchronized关键字可以修饰方法以及代码块volatile关键字主要用于解决变量在多个线程之间的可见性，而synchronized关键字解决的是多个线程之间访问资源的同步性 -
原子性
volatile关键字能保证数据的可见性，但不能保证数据的原子性。synchronized关键字两者都能保证 -
性能
volatile关键字是线程同步的轻量级实现，所以volatile性能肯定比synchronized关键字要好
“可重入锁” 指的是自己可以再次获取自己的内部锁。比如一个线程获得了某个对象的锁，此时这个对象锁还没有释放，当其再次想要获取这个对象的锁的时候还是可以获取的，如果不可锁重入的话，就会造成死锁。同一个线程每次获取锁，锁的计数器都自增 1，所以要等到锁的计数器下降为 0 时才能释放锁。
synchronized 是依赖于 JVM 实现的，前面我们也讲到了 虚拟机团队在 JDK1.6 为 synchronized 关键字进行了很多优化，但是这些优化都是在虚拟机层面实现的，并没有直接暴露给我们。
ReentrantLock 是 JDK 层面实现的（也就是 API 层面，需要 lock() 和 unlock() 方法配合 try/finally 语句块来完成），所以我们可以通过查看它的源代码，来看它是如何实现的。
相比 synchronized，ReentrantLock 增加了一些高级功能。主要来说主要有三点：
-
等待可中断
ReentrantLock提供了一种能够中断等待锁的线程的机制，通过lock.lockInterruptibly()来实现这个机制。也就是说正在等待的线程可以选择放弃等待，改为处理其他事情 -
可实现公平锁
ReentrantLock可以指定是公平锁还是非公平锁。而synchronized只能是非公平锁。所谓的公平锁就是先等待的线程先获得锁。
ReentrantLock默认情况是非公平的，可以通过ReentrantLock类的ReentrantLock(boolean fair)构造方法来制定是否是公平的 -
可实现选择性通知（锁可以绑定多个条件）
synchronized关键字与wait()和notify()/notifyAll()方法相结合可以实现等待/通知机制ReentrantLock类借助于Condition接口与newCondition()方法实现。Condition是 JDK1.5 之后才有的，它具有很好的灵活性，比如可以实现多路通知功能也就是在一个Lock对象中可以创建多个Condition实例（即对象监视器），线程对象可以注册在指定的Condition中，从而可以有选择性的进行线程通知，在调度线程上更加灵活。用ReentrantLock类结合Condition实例可以实现“选择性通知”，Condition实例的signalAll()方法只会唤醒注册在该Condition实例中的所有等待线程。
如果你想使用上述功能，那么选择
ReentrantLock是一个不错的选择。性能已不是选择标准
JDK1.6 对锁的实现引入了大量的优化来减少锁操作的开销，如: 偏向锁、轻量级锁、自旋锁、适应性自旋锁、锁消除、锁粗化 等等技术。
锁主要存在四中状态，依次是：
- 无锁状态
- 偏向锁状态
- 轻量级锁状态
- 重量级锁状态
锁🔐会随着竞争的激烈而逐渐升级。
另外，需要注意：锁可以升级不可降级，即 无锁 -> 偏向锁 -> 轻量级锁 -> 重量级锁是单向的。 这种策略是为了提高获得锁和释放锁的效率。
引入偏向锁的目的和引入轻量级锁的目的很像，他们都是为了没有多线程竞争的前提下，减少传统的重量级锁使用操作系统互斥量产生的性能消耗。但是不同是：轻量级锁在无竞争的情况下使用 CAS 操作去代替使用互斥量。而偏向锁在无竞争的情况下会把整个同步都消除掉。
偏向锁的“偏”就是偏心的偏，它的意思是会偏向于第一个获得它的线程，如果在接下来的执行中，该锁没有被其他线程获取，那么持有偏向锁的线程就不需要进行同步！（关于偏向锁的原理可以查看《深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践》第二版的13章第三节锁优化。）
当一个线程访问同步块并获取锁时, 会在锁对象的对象头和栈帧中的锁记录里存储锁偏向的线程ID, 以后该线程进入和退出同步块时不需要进行 CAS 操作来加锁和解锁, 只需要简单的测试一下锁对象的对象头的 MarkWord 里是否存储着指向当前线程的偏向锁(线程ID是当前线程), 如果测试成功, 表示线程已经获得了锁; 如果测试失败, 则需要再测试一下 MarkWord 中偏向锁的标识是否设置成1(表示当前是偏向锁), 如果没有设置, 则使用 CAS 竞争锁, 如果设置了, 则尝试使用 CAS 将锁对象的对象头的偏向锁指向当前线程.
偏向锁使用了一种等到竞争出现才释放锁的机制, 所以当其他线程尝试竞争偏向锁时, 持有偏向锁的线程才会释放锁. 偏向锁的撤销需要等到全局安全点(在这个时间点上没有正在执行的字节码). 首先会暂停持有偏向锁的线程, 然后检查持有偏向锁的线程是否存活, 如果线程不处于活动状态, 则将锁对象的对象头设置为无锁状态; 如果线程仍然活着, 则锁对象的对象头中的 MarkWord 和栈中的锁记录要么重新偏向于其它线程要么恢复到无锁状态, 最后唤醒暂停的线程(释放偏向锁的线程).
但是对于锁竞争比较激烈的场合，偏向锁就失效了，因为这样场合极有可能每次申请锁的线程都是不相同的，因此这种场合下不应该使用偏向锁，否则会得不偿失，需要注意的是，偏向锁失败后，并不会立即膨胀为重量级锁，而是先升级为轻量级锁。
倘若偏向锁失败，虚拟机并不会立即升级为重量级锁，它还会尝试使用一种称为轻量级锁的优化手段(1.6之后加入的)。轻量级锁不是为了代替重量级锁，它的本意是在没有多线程竞争的前提下，减少传统的重量级锁使用操作系统互斥量产生的性能消耗，因为使用轻量级锁时，不需要申请互斥量。另外，轻量级锁的加锁和解锁都用到了CAS操作。 关于轻量级锁的加锁和解锁的原理可以查看《深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践》第二版的13章第三节锁优化。
轻量级锁能够提升程序同步性能的依据是“对于绝大部分锁，在整个同步周期内都是不存在竞争的”，这是一个经验数据。如果没有竞争，轻量级锁使用 CAS 操作避免了使用互斥操作的开销。但如果存在锁竞争，除了互斥量开销外，还会额外发生CAS操作，因此在有锁竞争的情况下，轻量级锁比传统的重量级锁更慢！如果锁竞争激烈，那么轻量级将很快膨胀为重量级锁！
轻量级锁失败后，虚拟机为了避免线程真实地在操作系统层面挂起，还会进行一项称为自旋锁的优化手段。
互斥同步对性能最大的影响就是阻塞的实现，因为挂起线程/恢复线程的操作都需要转入内核态中完成（用户态转换到内核态会耗费时间）。
一般线程持有锁的时间都不是太长，所以仅仅为了这一点时间去挂起线程/恢复线程是得不偿失的。 所以，虚拟机的开发团队就这样去考虑：“我们能不能让后面来的请求获取锁的线程等待一会而不被挂起呢？看看持有锁的线程是否很快就会释放锁”。为了让一个线程等待，我们只需要让线程执行一个忙循环（自旋），这项技术就叫做自旋。
百度百科对自旋锁的解释：
何谓自旋锁？它是为实现保护共享资源而提出一种锁机制。其实，自旋锁与互斥锁比较类似，它们都是为了解决对某项资源的互斥使用。无论是互斥锁，还是自旋锁，在任何时刻，最多只能有一个保持者，也就说，在任何时刻最多只能有一个执行单元获得锁。但是两者在调度机制上略有不同。对于互斥锁，如果资源已经被占用，资源申请者只能进入睡眠状态。但是自旋锁不会引起调用者睡眠，如果自旋锁已经被别的执行单元保持，调用者就一直循环在那里看是否该自旋锁的保持者已经释放了锁，"自旋"一词就是因此而得名。
自旋锁在 JDK1.6 之前其实就已经引入了，不过是默认关闭的，需要通过--XX:+UseSpinning参数来开启。JDK1.6及1.6之后，就改为默认开启的了。需要注意的是：自旋等待不能完全替代阻塞，因为它还是要占用处理器时间。如果锁被占用的时间短，那么效果当然就很好了！反之，相反！自旋等待的时间必须要有限度。如果自旋超过了限定次数任然没有获得锁，就应该挂起线程。自旋次数的默认值是10次，用户可以修改--XX:PreBlockSpin来更改。
另外，在 JDK1.6 中引入了自适应的自旋锁。自适应的自旋锁带来的改进就是：自旋的时间不在固定了，而是和前一次同一个锁上的自旋时间以及锁的拥有者的状态来决定，虚拟机变得越来越“聪明”了。
锁消除理解起来很简单，它指的就是虚拟机即使编译器在运行时，如果检测到那些共享数据不可能存在竞争，那么就执行锁消除。锁消除可以节省毫无意义的请求锁的时间。
原则上，我们在编写代码的时候，总是推荐将同步块的作用范围限制得尽量小，只在共享数据的实际作用域才进行同步，这样是为了使得需要同步的操作数量尽可能变小，如果存在锁竞争，那等待线程也能尽快拿到锁。
大部分情况下，上面的原则都是没有问题的，但是如果一系列的连续操作都对同一个对象反复加锁和解锁，那么会带来很多不必要的性能消耗。