四：synchronized 关键字-监视器锁monitor lock

synchronized 的特性

1. 互斥
   synchronized 会起到互斥效果, 某个线程执行到某个对象的 synchronized 中时, 其他线程如果也执行到
   同一个对象 synchronized 就会阻塞等待.
   进入 synchronized 修饰的代码块, 相当于 加锁
   退出 synchronized 修饰的代码块, 相当于 解锁

synchronized用的锁是存在Java对象头里的

可以粗略理解成, 每个对象在内存中存储的时候, 都存有一块内存表示当前的 “锁定” 状态(类似于厕
所的 “有人/无人”).
如果当前是 “无人” 状态, 那么就可以使用, 使用时需要设为 “有人” 状态.
如果当前是 “有人” 状态, 那么其他人无法使用, 只能排队

理解 “阻塞等待”.
针对每一把锁, 操作系统内部都维护了一个等待队列. 当这个锁被某个线程占有的时候, 其他线程尝
试进行加锁, 就加不上了, 就会阻塞等待, 一直等到之前的线程解锁之后, 由操作系统唤醒一个新的
线程, 再来获取到这个锁.
注意:
上一个线程解锁之后, 下一个线程并不是立即就能获取到锁. 而是要靠操作系统来 “唤醒”. 这
也就是操作系统线程调度的一部分工作.
假设有 A B C 三个线程, 线程 A 先获取到锁, 然后 B 尝试获取锁, 然后 C 再尝试获取锁, 此时 B
和 C 都在阻塞队列中排队等待. 但是当 A 释放锁之后, 虽然 B 比 C 先来的, 但是 B 不一定就能
获取到锁, 而是和 C 重新竞争, 并不遵守先来后到的规则

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加锁说是保证了原子性，但是其实不是说这里的三个操作(load add save)一次完成，也不是这三步操作的过程中不进行调度，而是让其他想操作的线程阻塞等待。

操作系统中的基本设定：系统里的锁不可剥夺的特性，一旦一个线程获得了锁，除非他主动的释放，否则无法强占。synchronized:就是一直阻塞等待下去，直到上一个线程解锁 ，但是ReenTrantlock这个是如果当前获取不了就放弃。

补充：原文链接：https://blog.csdn.net/javazejian/article/details/72828483

线程安全是并发编程中的重要关注点，应该注意到的是，造成线程安全问题的主要诱因有两点，一是存在共享数据(也称临界资源)，二是存在多条线程共同操作共享数据。因此为了解决这个问题，我们可能需要这样一个方案，当存在多个线程操作共享数据时，需要保证同一时刻有且只有一个线程在操作共享数据，其他线程必须等到该线程处理完数据后再进行，这种方式有个高尚的名称叫互斥锁，即能达到互斥访问目的的锁，也就是说当一个共享数据被当前正在访问的线程加上互斥锁后，在同一个时刻，其他线程只能处于等待的状态，直到当前线程处理完毕释放该锁。在 Java 中，关键字 synchronized可以保证在同一个时刻，只有一个线程可以执行某个方法或者某个代码块(主要是对方法或者代码块中存在共享数据的操作)，同时我们还应该注意到synchronized另外一个重要的作用，synchronized可保证一个线程的变化(主要是共享数据的变化)被其他线程所看到（保证可见性，完全可以替代Volatile功能），这点确实也是很重要的。

synchronized的三种应用方式

synchronized关键字最主要有以下3种应用方式，下面分别介绍

修饰实例方法，作用于当前实例加锁，进入同步代码前要获得当前实例的锁

修饰静态方法，作用于当前类对象加锁，进入同步代码前要获得当前类对象的锁

修饰代码块，指定加锁对象，对给定对象加锁，进入同步代码库前要获得给定对象的锁。

（1）：synchronized作用于实例方法

所谓的实例对象锁就是用synchronized修饰实例对象中的实例方法，注意是实例方法不是静态方法，如下

public class AccountingSync implements Runnable{//共享资源(临界资源)static int i=0;/*** synchronized 修饰实例方法*/public synchronized void increase(){i++;}@Overridepublic void run() {for(int j=0;j<1000000;j++){increase();}}public static void main(String[] args) throws InterruptedException {AccountingSync instance=new AccountingSync();Thread t1=new Thread(instance);Thread t2=new Thread(instance);t1.start();t2.start();t1.join();t2.join();System.out.println(i);}/*** 输出结果:* 2000000*/
}

上述代码中，我们开启两个线程操作同一个共享资源即变量i，由于i++;操作并不具备原子性，该操作是先读取值，然后写回一个新值，相当于原来的值加上1，分两步完成，如果第二个线程在第一个线程读取旧值和写回新值期间读取i的域值，那么第二个线程就会与第一个线程一起看到同一个值，并执行相同值的加1操作，这也就造成了线程安全失败，因此对于increase方法必须使用synchronized修饰，以便保证线程安全。此时我们应该注意到synchronized修饰的是实例方法increase，在这样的情况下，当前线程的锁便是实例对象instance，注意Java中的线程同步锁可以是任意对象。从代码执行结果来看确实是正确的，倘若我们没有使用synchronized关键字，其最终输出结果就很可能小于2000000，这便是synchronized关键字的作用。这里我们还需要意识到，当一个线程正在访问一个对象的 synchronized 实例方法，那么其他线程不能访问该对象的其他 synchronized 方法，毕竟一个对象只有一把锁，当一个线程获取了该对象的锁之后，其他线程无法获取该对象的锁，所以无法访问该对象的其他synchronized实例方法，但是其他线程还是可以访问该实例对象的其他非synchronized方法，当然如果是一个线程 A 需要访问实例对象 obj1 的 synchronized 方法 f1(当前对象锁是obj1)，另一个线程 B 需要访问实例对象 obj2 的 synchronized 方法 f2(当前对象锁是obj2)，这样是允许的，因为两个实例对象锁并不同相同，此时如果两个线程操作数据并非共享的，线程安全是有保障的，遗憾的是如果两个线程操作的是共享数据，那么线程安全就有可能无法保证了，如下代码将演示出该现象

public class AccountingSyncBad implements Runnable{static int i=0;public synchronized void increase(){i++;}@Overridepublic void run() {for(int j=0;j<1000000;j++){increase();}}public static void main(String[] args) throws InterruptedException {//new新实例Thread t1=new Thread(new AccountingSyncBad());//new新实例Thread t2=new Thread(new AccountingSyncBad());t1.start();t2.start();//join含义:当前线程A等待thread线程终止之后才能从thread.join()返回t1.join();t2.join();System.out.println(i);}
}

上述代码与前面不同的是我们同时创建了两个新实例AccountingSyncBad，然后启动两个不同的线程对共享变量i进行操作，但很遗憾操作结果是1452317而不是期望结果2000000，因为上述代码犯了严重的错误，虽然我们使用synchronized修饰了increase方法，但却new了两个不同的实例对象，这也就意味着存在着两个不同的实例对象锁，因此t1和t2都会进入各自的对象锁，也就是说**t1和t2线程使用的是不同的锁，**因此线程安全是无法保证的。解决这种困境的的方式是将synchronized作用于静态的increase方法，这样的话，对象锁就当前类对象，由于无论创建多少个实例对象，但对于的类对象拥有只有一个，所有在这样的情况下对象锁就是唯一的。下面我们看看如何使用将synchronized作用于静态的increase方法。

（2）：synchronized作用于静态方法

当synchronized作用于静态方法时，其锁就是当前类的class对象锁。由于静态成员不专属于任何一个实例对象，是类成员，因此通过class对象锁可以控制静态 成员的并发操作。**需要注意的是如果一个线程A调用一个实例对象的非static synchronized方法，而线程B需要调用这个实例对象所属类的静态 synchronized方法，是允许的，不会发生互斥现象，因为访问静态 synchronized 方法占用的锁是当前类的class对象，而访问非静态 synchronized 方法占用的锁是当前实例对象锁，**看如下代码

public class AccountingSyncClass implements Runnable{static int i=0;/*** 作用于静态方法,锁是当前class对象,也就是* AccountingSyncClass类对应的class对象*//*而这个只是锁住了i++,所以不用等一个线程的for全走完，下一个线程再走，而是两个线程的for交替的走。*/public static synchronized void increase(){i++;}/*** 非静态,访问时锁不一样不会发生互斥*/public synchronized void increase4Obj(){i++;}@Overridepublic void run() {for(int j=0;j<1000000;j++){increase();}}public static void main(String[] args) throws InterruptedException {//new新实例Thread t1=new Thread(new AccountingSyncClass());//new新实例Thread t2=new Thread(new AccountingSyncClass());//启动线程t1.start();t2.start();t1.join();t2.join();System.out.println(i);}
}

由于synchronized关键字修饰的是静态increase方法，与修饰实例方法不同的是，其锁对象是当前类的class对象。注意代码中的increase4Obj方法是实例方法，其对象锁是当前实例对象，如果别的线程调用该方法，将不会产生互斥现象，毕竟锁对象不同，但我们应该意识到这种情况下可能会发现线程安全问题(操作了共享静态变量i)。

（3）：synchronized同步代码块

除了使用关键字修饰实例方法和静态方法外，还可以使用同步代码块，在某些情况下，我们编写的方法体可能比较大，同时存在一些比较耗时的操作，而需要同步的代码又只有一小部分，如果直接对整个方法进行同步操作，可能会得不偿失，此时我们可以使用同步代码块的方式对需要同步的代码进行包裹，这样就无需对整个方法进行同步操作了，同步代码块的使用示例如下：

public class AccountingSync implements Runnable{static AccountingSync instance=new AccountingSync();static int i=0;@Overridepublic void run() {//省略其他耗时操作....//使用同步代码块对变量i进行同步操作,锁对象为instance/*这里是直接把整个for循环给锁住了，只有当instance这个对象把这个for循环走完，才会解锁。*/synchronized(instance){for(int j=0;j<1000000;j++){i++;}}}public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread t1=new Thread(instance);Thread t2=new Thread(instance);t1.start();t2.start();t1.join();t2.join();System.out.println(i);}
}

从代码看出，将synchronized作用于一个给定的实例对象instance，即当前实例对象就是锁对象，每次当线程进入synchronized包裹的代码块时就会要求当前线程持有instance实例对象锁，如果当前有其他线程正持有该对象锁，那么新到的线程就必须等待，这样也就保证了每次只有一个线程执行i++;操作。当然除了instance作为对象外，我们还可以使用this对象(代表当前实例)或者当前类的class对象作为锁，如下代码：

//this,当前实例对象锁
synchronized(this){for(int j=0;j<1000000;j++){i++;}
}//class对象锁
synchronized(AccountingSync.class){for(int j=0;j<1000000;j++){i++;}
}

24：二叉树按层遍历并收集节点

https://leetcode.com/problems/binary-tree-level-order-traversal-ii

给你二叉树的根节点 root ，返回其节点值 自底向上的层序遍历 。 （即按从叶子节点所在层到根节点所在的层，逐层从左向右遍历）

输入：root = [3,9,20,null,null,15,7] 输出：[[15,7],[9,20],[3]]

// 思路
// 1：想实现元素由上到下，由左到右，一层一层的放进链表中。
// 2：先创建一个队列，把头节点放入队列中，计算队列的大小，
// 3：在弹出这个节点的同时，进行如下操作：如果这个节点有左节点，就把左节点就把左节点放入队列中，如果有右节点，就把右节       点放入队列中。
// 4：计算队列的大小，重复上述操作。

public class BinaryTreeLevelOrderTraversalII {public static class TreeNode {public int val;public TreeNode left;public TreeNode right;TreeNode(int val) {this.val = val;}}public List<List<Integer>> levelOrderBottom(TreeNode root) {if(root == null) {List<List<Integer>> lists = new LinkedList<>();return lists;}Queue<TreeNode> queue = new LinkedList<>();// list存放结果List<List<Integer>> list = new LinkedList<>();// 先把头节点放入队列中queue.add(root);while(!queue.isEmpty()) {// 记录每一层的节点个数int size = queue.size();// 记录当前这一层的节点List<Integer> listone = new LinkedList<>();for (int i = 0; i < size; i++) {TreeNode cur = queue.poll();// 有左先加左，有右后加右if(cur.left != null) {queue.add(cur.left);}if(cur.right != null) {queue.add(cur.right);}listone.add(cur.val);}// 头插法list.add(0,listone);}return list;}
}

25：平衡二叉树

https://leetcode.com/problems/balanced-binary-tree

package Novice_class;// 平衡二叉树
public class BalancedBinaryTree {public static class TreeNode {public int val;public TreeNode left;public TreeNode right;TreeNode(int val) {this.val = val;}}public static class Info {boolean isBalanced;int height;public Info(boolean isBalanced, int height) {this.isBalanced = isBalanced;this.height = height;}}public boolean isBalanced(TreeNode root) {return process(root).isBalanced;}// 以当前节点为头节点的树是否是平衡树 返回两个结果 1：Boolean类型的是否是平衡树 2：这棵树的高度public static Info process(TreeNode root) {if (root == null) {return new Info(true, 0);}Info leftTree = process(root.left);Info rightTree = process(root.right);boolean B = ((Math.abs(leftTree.height - rightTree.height) <= 1) && leftTree.isBalanced && rightTree.isBalanced) ? true : false;int H = Math.max(leftTree.height, rightTree.height) + 1;return new Info(B, H);}
}

26：验证二叉搜索树

https://leetcode.cn/problems/validate-binary-search-tree/description/

给你一个二叉树的根节点 root ，判断其是否是一个有效的二叉搜索树。

有效 二叉搜索树定义如下：

• 节点的左子树只包含 小于 当前节点的数。
• 节点的右子树只包含 大于 当前节点的数。
• 所有左子树和右子树自身必须也是二叉搜索树。

package Novice_class;// 验证二叉搜索树
public class IsBinarySearchTree {public static class TreeNode {public int val;public TreeNode left;public TreeNode right;TreeNode(int val) {this.val = val;}}public static class Info {public boolean isBST;public int max;public int min;public Info(boolean isBST, int max, int min) {this.isBST = isBST;this.max = max;this.min = min;}}public boolean isValidBST(TreeNode root) {return process(root).isBST;}// 左子树都是二叉搜索树，并且左子树中最大的数小于当前节点// 右子树都是二叉搜索树，并且右子树中最小的数大于当前节点，public static Info process(TreeNode x) {if (x == null) {return null;}Info leftTree = process(x.left);Info rightTree = process(x.right);boolean leftB = (leftTree != null) ? leftTree.max < x.val : true;boolean rightB = (rightTree != null) ? rightTree.min > x.val : true;boolean isBST = (leftTree == null || leftTree.isBST) && (rightTree == null || rightTree.isBST) && leftB && rightB;int max = x.val;int min = x.val;if (leftTree != null) {max = Math.max(leftTree.max, x.val);min = Math.min(leftTree.min, x.val);}if (rightTree != null) {max = Math.max(rightTree.max, max);min = Math.min(rightTree.min, min);}return new Info(isBST, max, min);}
}