> 典型回答
synchronized 是 Java 內建的同步機制，它提供了互斥的語義和可見性，當一個線程已經獲取當前鎖時，其他試圖獲取的線程只能等待或者阻塞在那裏。
synchronized可以用來修飾方法，也可以使用在特定的代碼塊兒上，本質上 synchronized 方法等同於把方法全部語句用 synchronized 塊包起來。
ReentrantLock，通常翻譯爲再入鎖，是 Java 5 提供的鎖實現，它的語義和 synchronized 基本相同。
再入鎖通過代碼直接調用 lock() 方法獲取，代碼書寫也更加靈活。與此同時，ReentrantLock 提供了很多實用的方法，能夠實現很多 synchronized 無法做到的細節控制，比如可以控制 fairness，也就是公平性，或者利用定義條件等。
但是，編碼中也需要注意，必須要明確調用 unlock() 方法釋放，不然就會一直持有該鎖。synchronized 和 ReentrantLock 的性能不能一概而論，早期版本 synchronized 在很多場景下性能相差較大，在後續版本進行了較多改進，在低競爭場景中表現可能優於 ReentrantLock。
> 理解什麼是線程安全。
線程安全是一個多線程環境下正確性的概念，也就是保證多線程環境下共享的、可修改的狀態的正確性，這裏的狀態反映在程序中其實可以看作是數據。
換個角度來看，如果狀態不是共享的，或者不是可修改的，也就不存在線程安全問題，進而可以推理出保證線程安全的兩個辦法：
封裝：通過封裝，我們可以將對象內部狀態隱藏、保護起來。
不可變：還記得我們在專欄第 3 講強調的 final 和 immutable 嗎，就是這個道理，Java 語言目前還沒有真正意義上的原生不可變，但是未來也許會引入。
>> 線程安全需要保證幾個基本特性：
原子性，簡單說就是相關操作不會中途被其他線程干擾，一般通過同步機制實現。
可見性，是一個線程修改了某個共享變量，其狀態能夠立即被其他線程知曉，通常被解釋爲將線程本地狀態反映到主內存上，volatile 就是負責保證可見性的。
有序性，是保證線程內串行語義，避免指令重排等。
>synchronized、ReentrantLock 等機制的基本使用與案例。
> 掌握 synchronized、ReentrantLock 底層實現
synchronized 代碼塊是由一對兒 monitorenter/monitorexit 指令實現的，Monitor 對象是同步的基本實現單元
在 Java 6 之前，Monitor 的實現完全是依靠操作系統內部的互斥鎖，因爲需要進行用戶態到內核態的切換，所以同步操作是一個無差別的重量級操作。
現代的（Oracle）JDK 中，JVM 對此進行了大刀闊斧地改進，提供了三種不同的 Monitor 實現，也就是常說的三種不同的鎖：偏斜鎖（Biased Locking）、輕量級鎖和重量級鎖，大大改進了其性能。
> 其他lock
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StampedLock，在提供類似讀寫鎖的同時，還支持優化讀模式。
優化讀基於假設，大多數情況下讀操作並不會和寫操作衝突，其邏輯是先試着讀，然後通過 validate 方法確認是否進入了寫模式，
如果沒有進入，就成功避免了開銷；如果進入，則嘗試獲取讀鎖。
ReadWriteLock
雖然 ReentrantLock 和 synchronized 簡單實用，但是行爲上有一定侷限性，通俗點說就是“太霸道”，要麼不佔，要麼獨佔。
實際應用場景中，有的時候不需要大量競爭的寫操作，而是以併發讀取爲主，如何進一步優化併發操作的粒度呢？
Java 併發包提供的讀寫鎖等擴展了鎖的能力，它所基於的原理是多個讀操作是不需要互斥的，因爲讀操作並不會更改數據，所以不存在互相干擾。
而寫操作則會導致併發一致性的問題，所以寫線程之間、讀寫線程之間，需要精心設計的互斥邏輯。
在運行過程中，如果讀鎖試圖鎖定時，寫鎖是被某個線程持有，讀鎖將無法獲得，而只好等待對方操作結束，這樣就可以自動保證不會讀取到有爭議的數據。
讀寫鎖看起來比 synchronized 的粒度似乎細一些，但在實際應用中，其表現也並不盡如人意，主要還是因爲相對比較大的開銷。
> 理解鎖膨脹、降級；
所謂鎖的升級、降級，就是 JVM 優化 synchronized 運行的機制，當 JVM 檢測到不同的競爭狀況時，會自動切換到適合的鎖實現，這種切換就是鎖的升級、降級。
1: 當沒有競爭出現時，默認會使用偏斜鎖。JVM 會利用 CAS 操作（compare and swap），在對象頭上的 Mark Word 部分設置線程 ID，以表示這個對象偏向於當前線程，所以並不涉及真正的互斥鎖。這樣做的假設是基於在很多應用場景中，大部分對象生命週期中最多會被一個線程鎖定，使用偏斜鎖可以降低無競爭開銷。
2: 如果有另外的線程試圖鎖定某個已經被偏斜過的對象，JVM 就需要撤銷（revoke）偏斜鎖，並切換到輕量級鎖實現。輕量級鎖依賴 CAS 操作 Mark Word 來試圖獲取鎖，如果重試成功，就使用普通的輕量級鎖；否則，進一步升級爲重量級鎖。
3: 當 JVM 進入安全點（SafePoint）的時候，會檢查是否有閒置的 Monitor，然後試圖進行降級。
>> 理解偏斜鎖、自旋鎖、輕量級鎖、重量級鎖等概念。
>> 偏向鎖
大多數情況下鎖不僅不存在多線程競爭，而且總是由同一線程多次獲得。偏向鎖的目的是在某個線程獲得鎖之後，消除這個線程鎖重入（CAS）的開銷，看起來讓這個線程得到了偏護。另外，JVM對那種會有多線程加鎖，但不存在鎖競爭的情況也做了優化，聽起來比較拗口，但在現實應用中確實是可能出現這種情況，因爲線程之前除了互斥之外也可能發生同步關係，被同步的兩個線程（一前一後）對共享對象鎖的競爭很可能是沒有衝突的。對這種情況，JVM用一個epoch表示一個偏向鎖的時間戳（真實地生成一個時間戳代價還是蠻大的，因此這裏應當理解爲一種類似時間戳的identifier）
>>> 偏向鎖的獲取
當一個線程訪問同步塊並獲取鎖時，會在對象頭和棧幀中的鎖記錄裏存儲鎖偏向的線程ID，以後該線程在進入和退出同步塊時不需要花費CAS操作來加鎖和解鎖，而只需簡單的測試一下對象頭的Mark Word裏是否存儲着指向當前線程的偏向鎖，如果測試成功，表示線程已經獲得了鎖，如果測試失敗，則需要再測試下Mark Word中偏向鎖的標識是否設置成1（表示當前是偏向鎖），如果沒有設置，則使用CAS競爭鎖，如果設置了，則嘗試使用CAS將對象頭的偏向鎖指向當前線程。
>>> 偏向鎖的撤銷
偏向鎖使用了一種等到競爭出現才釋放鎖的機制，所以當其他線程嘗試競爭偏向鎖時，持有偏向鎖的線程纔會釋放鎖。偏向鎖的撤銷，需要等待全局安全點（在這個時間點上沒有字節碼正在執行），它會首先暫停擁有偏向鎖的線程，然後檢查持有偏向鎖的線程是否活着，如果線程不處於活動狀態，則將對象頭設置成無鎖狀態，如果線程仍然活着，擁有偏向鎖的棧會被執行，遍歷偏向對象的鎖記錄，棧中的鎖記錄和對象頭的Mark Word，要麼重新偏向於其他線程，要麼恢復到無鎖或者標記對象不適合作爲偏向鎖，最後喚醒暫停的線程。
>>> 偏向鎖的設置
關閉偏向鎖：偏向鎖在Java 6和Java 7裏是默認啓用的，但是它在應用程序啓動幾秒鐘之後才激活，如有必要可以使用JVM參數來關閉延遲-XX：BiasedLockingStartupDelay = 0。如果你確定自己應用程序裏所有的鎖通常情況下處於競爭狀態，可以通過JVM參數關閉偏向鎖-XX:-UseBiasedLocking=false，那麼默認會進入輕量級鎖狀態。
>> 自旋鎖
線程的阻塞和喚醒需要CPU從用戶態轉爲核心態，頻繁的阻塞和喚醒對CPU來說是一件負擔很重的工作。同時我們可以發現，很多對象鎖的鎖定狀態只會持續很短的一段時間，例如整數的自加操作，在很短的時間內阻塞並喚醒線程顯然不值得，爲此引入了自旋鎖。
所謂“自旋”，就是讓線程去執行一個無意義的循環，循環結束後再去重新競爭鎖，如果競爭不到繼續循環，循環過程中線程會一直處於running狀態，但是基於JVM的線程調度，會出讓時間片，所以其他線程依舊有申請鎖和釋放鎖的機會。
自旋鎖省去了阻塞鎖的時間空間（隊列的維護等）開銷，但是長時間自旋就變成了“忙式等待”，忙式等待顯然還不如阻塞鎖。所以自旋的次數一般控制在一個範圍內，例如10,100等，在超出這個範圍後，自旋鎖會升級爲阻塞鎖。
> 輕量級鎖
加鎖
線程在執行同步塊之前，JVM會先在當前線程的棧楨中創建用於存儲鎖記錄的空間，並將對象頭中的Mark Word複製到鎖記錄中，官方稱爲Displaced Mark Word。然後線程嘗試使用CAS將對象頭中的Mark Word替換爲指向鎖記錄的指針。如果成功，當前線程獲得鎖，如果失敗，則自旋獲取鎖，當自旋獲取鎖仍然失敗時，表示存在其他線程競爭鎖(兩條或兩條以上的線程競爭同一個鎖)，則輕量級鎖會膨脹成重量級鎖。
解鎖
輕量級解鎖時，會使用原子的CAS操作來將Displaced Mark Word替換回到對象頭，如果成功，則表示同步過程已完成。如果失敗，表示有其他線程嘗試過獲取該鎖，則要在釋放鎖的同時喚醒被掛起的線程。
重量級鎖
重量鎖在JVM中又叫對象監視器（Monitor），它很像C中的Mutex，除了具備Mutex(0|1)互斥的功能，它還負責實現了Semaphore(信號量)的功能，也就是說它至少包含一個競爭鎖的隊列，和一個信號阻塞隊列（wait隊列），前者負責做互斥，後一個用於做線程同步。
掌握併發包中 java.util.concurrent.lock 各種不同實現和案例分析。