当多个线程同时运行时，线程的调度由操作系统决定，程序本身无法决定。因此，任何一个线程都有可能在任何指令处被操作系统暂停，然后在某个时间段后继续执行。
这个时候，有个单线程模型下不存在的问题就来了：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。
我们来看一个例子：
// 多线程
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
var add = new AddThread();
var dec = new DecThread();
add.start();
dec.start();
add.join();
dec.join();
System.out.println(Counter.count);
}
}
class Counter {
public static int count = 0;
}
class AddThread extends Thread {
public void run() {
for (int i=0; i<10000; i++) { Counter.count += 1; }
}
}
class DecThread extends Thread {
public void run() {
for (int i=0; i<10000; i++) { Counter.count -= 1; }
}
}上面的代码很简单，两个线程同时对一个int变量进行操作，一个加10000次，一个减10000次，最后结果应该是0，但是，每次运行，结果实际上都是不一样的。
这是因为对变量进行读取和写入时，结果要正确，必须保证是原子操作。原子操作是指不能被中断的一个或一系列操作。
例如，对于语句：
n = n + 1;
看上去是一行语句，实际上对应了3条指令：
ILOADIADD ISTORE
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。
这说明多线程模型下，要保证逻辑正确，对共享变量进行读写时，必须保证一组指令以原子方式执行：即某一个线程执行时，其他线程必须等待：
┌───────┐ ┌───────┐ │Thread1│ │Thread2│ └───┬───┘ └───┬───┘ │ │ │-- lock -- │ │ILOAD (100) │ │IADD │ │ISTORE (101) │ │-- unlock -- │ │ │-- lock -- │ │ILOAD (101) │ │IADD │ │ISTORE (102) │ │-- unlock -- ▼ ▼
通过加锁和解锁的操作，就能保证3条指令总是在一个线程执行期间，不会有其他线程会进入此指令区间。即使在执行期线程被操作系统中断执行，其他线程也会因为无法获得锁导致无法进入此指令区间。只有执行线程将锁释放后，其他线程才有机会获得锁并执行。这种加锁和解锁之间的代码块我们称之为临界区（Critical Section），任何时候临界区最多只有一个线程能执行。
可见，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：
synchronized(lock) {
n = n + 1;}synchronized保证了代码块在任意时刻最多只有一个线程能执行。我们把上面的代码用synchronized改写如下：
// 多线程
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
var add = new AddThread();
var dec = new DecThread();
add.start();
dec.start();
add.join();
dec.join();
System.out.println(Counter.count);
}
}
class Counter {
public static final Object lock = new Object();
public static int count = 0;
}
class AddThread extends Thread {
public void run() {
for (int i=0; i<10000; i++) {
synchronized(Counter.lock) {
Counter.count += 1;
}
}
}
}
class DecThread extends Thread {
public void run() {
for (int i=0; i<10000; i++) {
synchronized(Counter.lock) {
Counter.count -= 1;
}
}
}
}注意到代码：
synchronized(Counter.lock) { // 获取锁
...
} // 释放锁它表示用Counter.lock实例作为锁，两个线程在执行各自的synchronized(Counter.lock) { ... }代码块时，必须先获得锁，才能进入代码块进行。执行结束后，在synchronized语句块结束会自动释放锁。这样一来，对Counter.count变量进行读写就不可能同时进行。上述代码无论运行多少次，最终结果都是0。
使用synchronized解决了多线程同步访问共享变量的正确性问题。但是，它的缺点是带来了性能下降。因为synchronized代码块无法并发执行。此外，加锁和解锁需要消耗一定的时间，所以，synchronized会降低程序的执行效率。
我们来概括一下如何使用synchronized：
找出修改共享变量的线程代码块；
选择一个共享实例作为锁；
使用
synchronized(lockObject) { ... }。
在使用synchronized的时候，不必担心抛出异常。因为无论是否有异常，都会在synchronized结束处正确释放锁：
public void add(int m) { synchronized (obj) { if (m < 0) { throw new RuntimeException();
} this.value += m;
} // 无论有无异常，都会在此释放锁}我们再来看一个错误使用synchronized的例子：
// 多线程
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
var add = new AddThread();
var dec = new DecThread();
add.start();
dec.start();
add.join();
dec.join();
System.out.println(Counter.count);
}
}
class Counter {
public static final Object lock1 = new Object();
public static final Object lock2 = new Object();
public static int count = 0;
}
class AddThread extends Thread {
public void run() {
for (int i=0; i<10000; i++) {
synchronized(Counter.lock1) {
Counter.count += 1;
}
}
}
}
class DecThread extends Thread {
public void run() {
for (int i=0; i<10000; i++) {
synchronized(Counter.lock2) {
Counter.count -= 1;
}
}
}
}结果并不是0，这是因为两个线程各自的synchronized锁住的不是同一个对象！这使得两个线程各自都可以同时获得锁：因为JVM只保证同一个锁在任意时刻只能被一个线程获取，但两个不同的锁在同一时刻可以被两个线程分别获取。
因此，使用synchronized的时候，获取到的是哪个锁非常重要。锁对象如果不对，代码逻辑就不对。
我们再看一个例子：
// 多线程
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
var ts = new Thread[] { new AddStudentThread(), new DecStudentThread(), new AddTeacherThread(), new DecTeacherThread() };
for (var t : ts) {
t.start();
}
for (var t : ts) {
t.join();
}
System.out.println(Counter.studentCount);
System.out.println(Counter.teacherCount);
}
}
class Counter {
public static final Object lock = new Object();
public static int studentCount = 0;
public static int teacherCount = 0;
}
class AddStudentThread extends Thread {
public void run() {
for (int i=0; i<10000; i++) {
synchronized(Counter.lock) {
Counter.studentCount += 1;
}
}
}
}
class DecStudentThread extends Thread {
public void run() {
for (int i=0; i<10000; i++) {
synchronized(Counter.lock) {
Counter.studentCount -= 1;
}
}
}
}
class AddTeacherThread extends Thread {
public void run() {
for (int i=0; i<10000; i++) {
synchronized(Counter.lock) {
Counter.teacherCount += 1;
}
}
}
}
class DecTeacherThread extends Thread {
public void run() {
for (int i=0; i<10000; i++) {
synchronized(Counter.lock) {
Counter.teacherCount -= 1;
}
}
}
}