從JDK1.6開(kāi)始，JVM對(duì)鎖進(jìn)行了各種優(yōu)化冈涧，目的就是為了在線程間更高效的共享數(shù)據(jù)和解決互斥同步的問(wèn)題茂附。從鎖優(yōu)化的話題開(kāi)始，可以引申出很多考點(diǎn)面試題督弓，比如鎖優(yōu)化的技術(shù)营曼、各優(yōu)化技術(shù)的細(xì)節(jié)、CAS實(shí)現(xiàn)原理咽筋、CAS的ABA問(wèn)題及如何解決等溶推，持續(xù)發(fā)散還會(huì)引發(fā)更多問(wèn)題徊件，例如逃逸分析等奸攻，可以看出技術(shù)點(diǎn)都是相關(guān)聯(lián)的蒜危，需要不斷積累和梳理。
面試官：JVM實(shí)現(xiàn)了哪些鎖優(yōu)化技術(shù)睹耐？
小白：自旋鎖辐赞、自適應(yīng)自旋鎖、鎖粗化硝训、鎖消除响委、偏向鎖、輕量級(jí)鎖窖梁。
試官：介紹一下自旋鎖赘风？為什么引入自旋鎖？
小白：自旋鎖就是在請(qǐng)求獲取鎖纵刘，又不能馬上獲取到時(shí)邀窃，讓當(dāng)前線程在不放棄處理器執(zhí)行時(shí)間的情況下執(zhí)行忙循環(huán)，嘗試等待鎖被釋放假哎，再獲取鎖瞬捕。引入自旋鎖是為了節(jié)省線程掛起和恢復(fù)的開(kāi)銷。
面試官：你剛剛說(shuō)引入自旋鎖節(jié)省了線程掛起和恢復(fù)的開(kāi)銷舵抹，但循環(huán)也是需要占用處理器時(shí)間的肪虎，那這個(gè)自旋的次數(shù)如何控制？
小白：默認(rèn)是10次惧蛹，也可以通過(guò)JVM參數(shù)-XX:PreBlockSpin配置扇救，當(dāng)然這些自旋都是固定的，所以引入了自適應(yīng)自旋鎖赊淑，自旋的次數(shù)由前一次在同一個(gè)鎖上的自旋次數(shù)和鎖的擁有者的狀態(tài)來(lái)決定爵政。如果前面線程成功獲取鎖并且正常運(yùn)行，那么本次獲取鎖的可能性很大陶缺，所以自旋的次數(shù)相對(duì)多一些钾挟；如果前面線程很少成功獲取鎖，那么本次獲取鎖的概率也很小饱岸，就可能不執(zhí)行自旋了掺出。
面試官：鎖粗化優(yōu)化了什么？
小白：如果在一段代碼中同一線程反復(fù)獲取苫费、釋放同一個(gè)對(duì)象的鎖汤锨，將會(huì)生產(chǎn)不必要的性能開(kāi)銷，所以需要把獲鎖的范圍擴(kuò)大百框，對(duì)同一個(gè)對(duì)象的鎖操作只進(jìn)行一次闲礼，在頭部獲取鎖，在尾部釋放鎖。
面試官：鎖消除是什么柬泽？
小白：鎖消除是指JIT在運(yùn)行時(shí)分析到使用了鎖的同步代碼在實(shí)際運(yùn)行時(shí)不可能存在共享數(shù)據(jù)被競(jìng)爭(zhēng)的情況慎菲，對(duì)鎖進(jìn)行去除。例如如果一個(gè)局部變量在方法內(nèi)部不可能被外部引用锨并，那么它就不需要加鎖控制露该，可以去掉鎖。（注意：如果你的回答中提到了逃逸分析第煮，面試官很有可能會(huì)問(wèn)你什么是逃逸分析解幼，提前做好準(zhǔn)備）
面試官：詳細(xì)說(shuō)一下偏向鎖？
小白：偏向鎖就是如果線程持有了鎖包警，在后續(xù)的過(guò)程中撵摆，只要該鎖沒(méi)有被其它線程持有，那么持有偏向鎖的線程將不再需要進(jìn)行同步操作害晦。這個(gè)偏向鎖的相關(guān)信息是保存在Java對(duì)象的對(duì)象頭中的台汇。在HotSpot虛擬機(jī)中，Java對(duì)象在內(nèi)存中存儲(chǔ)的布局分為3塊區(qū)域：對(duì)象頭篱瞎、實(shí)例數(shù)據(jù)和對(duì)齊填充苟呐。對(duì)象頭包含兩部分，第一部分包含對(duì)象的HashCode俐筋、分代年齡牵素、鎖標(biāo)志位、線程持有的鎖澄者、偏向線程ID等數(shù)據(jù)笆呆，這部分?jǐn)?shù)據(jù)的長(zhǎng)度在32位和64位虛擬機(jī)中分別為32bit和64bit，官方稱為Mark World粱挡。下圖展示了不同狀態(tài)下赠幕，對(duì)象頭中存儲(chǔ)的內(nèi)容：
一個(gè)普通Java對(duì)象剛開(kāi)始是處于無(wú)鎖狀態(tài)的，Mark World中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)如上圖中的第一行所示询筏。當(dāng)虛擬機(jī)啟動(dòng)了偏向鎖榕堰，鎖對(duì)象第一次被線程獲取的時(shí)候，鎖標(biāo)識(shí)位置為01嫌套，同時(shí)使用CAS將獲取到這個(gè)鎖的線程ID設(shè)置到Mark World中逆屡，如果CAS操作成功，那么這個(gè)線程將可以繼續(xù)執(zhí)行相關(guān)的同步代碼踱讨。如果此時(shí)有其它線程嘗試獲取鎖魏蔗，有兩種情況，一種是鎖對(duì)象未被鎖定痹筛，則偏向鎖被撤銷莺治，恢復(fù)到無(wú)鎖狀態(tài)廓鞠；另一種是對(duì)象被鎖定，那么偏向鎖失效谣旁，同時(shí)升級(jí)為輕量級(jí)鎖诫惭，會(huì)在當(dāng)前線程的棧幀中創(chuàng)建一個(gè)鎖記錄的空間，這個(gè)空間存儲(chǔ)對(duì)象頭中Mark World的拷貝蔓挖，就是復(fù)制一份到這個(gè)鎖記錄空間，同時(shí)虛擬機(jī)使用CAS嘗試將這個(gè)鎖記錄空間的指針更新到Mark World馆衔，如果CAS操作成功瘟判，那么當(dāng)前線程獲取到鎖，此時(shí)鎖狀態(tài)處于輕量級(jí)鎖角溃，鎖標(biāo)志位置為00拷获。
面試官：你剛剛說(shuō)到虛擬機(jī)使用CAS進(jìn)行更新操作，Java中的CAS是什么及如何實(shí)現(xiàn)的减细？
小白：CAS（Compare and swap）是比較和替換匆瓜，是一種通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)并發(fā)安全的常用技術(shù)，底層通過(guò)利用CPU的CAS指令對(duì)緩存加鎖或總線加鎖的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)多處理器之間的原子操作未蝌。它的實(shí)現(xiàn)過(guò)程是驮吱，有3個(gè)操作數(shù)，內(nèi)存值V萧吠，舊的預(yù)期值E左冬，要修改的新值U，當(dāng)且僅當(dāng)預(yù)期值E和內(nèi)存值V相同時(shí)纸型，才將內(nèi)存值V修改為U拇砰，否則什么都不做。CAS底層實(shí)現(xiàn)使用了C++狰腌，在其代碼中會(huì)根據(jù)操作系統(tǒng)和處理器的不同來(lái)選擇對(duì)應(yīng)的調(diào)用代碼除破，以Windows和x86處理器為例，如果是多處理器琼腔，通過(guò)帶lock前綴的cmpxchg指令對(duì)緩存加鎖或總線加鎖的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)多處理器之間的原子操作瑰枫；如果是單處理器，通過(guò)cmpxchg指令完成原子操作丹莲。
面試官：那你知道CAS中的ABA問(wèn)題嗎躁垛？
小白：知道，CAS是當(dāng)且僅當(dāng)舊的預(yù)期值E和內(nèi)存值V相同時(shí)圾笨，才將內(nèi)存值V修改為U教馆，也就是如果內(nèi)存值V沒(méi)有發(fā)生變化則更新，但是有可能發(fā)生內(nèi)存值原來(lái)是A擂达，中間被改成B土铺，后來(lái)又被改成A，此時(shí)再使用CAS進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)沒(méi)有變化，但是實(shí)際上發(fā)生了變化悲敷，這就是ABA問(wèn)題究恤。
面試官：這個(gè)問(wèn)題如何解決？
小白：Java并發(fā)包下的AtomicStampedReference可以解決ABA問(wèn)題后德，內(nèi)部實(shí)現(xiàn)上添加了一個(gè)類似于版本號(hào)作用的stamp屬性部宿，它是被自動(dòng)更新的。實(shí)現(xiàn)上首先檢查當(dāng)前引用是否等于預(yù)期引用瓢湃、當(dāng)前stamp是否等于預(yù)期stamp理张，如果全部相等，則以原子方式將該引用和該stamp的值設(shè)置為給定的更新值绵患。
