1踪区、Java內(nèi)存模型（JMM）

從抽象的角度來看叹阔，JMM定義了線程和主內(nèi)存之間的抽象關(guān)系：線程之間的共享變量存儲在主內(nèi)存（Main Memory）中师妙，每個線程都有一個私有的本地內(nèi)存（Local Memory）诗祸，本地內(nèi)存中存儲了該線程以讀/寫共享變量的副本血久。本地內(nèi)存是JMM的一個抽象概念突照，并不真實存在。它涵蓋了緩存氧吐、寫緩沖區(qū)讹蘑、寄存器以及其他的硬件和編譯器優(yōu)化。

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2筑舅、可見性

• 可見性是指當多個線程訪問同一個變量時座慰，一個線程修改了這個變量的值，其他線程能夠立即看得到修改的值翠拣。
• 由于線程對變量的所有操作都必須在工作內(nèi)存中進行版仔，而不能直接讀寫主內(nèi)存中的變量，那么對于共享變量V误墓，它們首先是在自己的工作內(nèi)存蛮粮，之后再同步到主內(nèi)存∮派眨可是并不會及時的刷到主存中蝉揍，而是會有一定時間差。很明顯畦娄，這個時候線程 A 對變量 V 的操作對于線程 B 而言就不具備可見性了 。
• 要解決共享對象可見性這個問題弊仪，我們可以使用volatile關(guān)鍵字或者是加鎖熙卡。

3、原子性

• 原子性：即一個操作或者多個操作 要么全部執(zhí)行并且執(zhí)行的過程不會被任何因素打斷励饵，要么就都不執(zhí)行驳癌。
• 我們都知道CPU資源的分配都是以線程為單位的,并且是分時調(diào)用,操作系統(tǒng)允許某個進程執(zhí)行一小段時間，例如 50 毫秒役听，過了 50 毫秒操作系統(tǒng)就會重新選擇一個進程來執(zhí)行（我們稱為“任務(wù)切換”）颓鲜，這個 50 毫秒稱為“時間片”。而任務(wù)的切換大多數(shù)是在時間片段結(jié)束以后,
• 那么線程切換為什么會帶來bug呢典予？因為操作系統(tǒng)做任務(wù)切換甜滨，可以發(fā)生在任何一條CPU 指令執(zhí)行完！注意瘤袖，是 CPU 指令衣摩，CPU 指令，CPU 指令捂敌，而不是高級語言里的一條語句艾扮。比如count++既琴，在java里就是一句話，但高級語言里一條語句往往需要多條 CPU 指令完成泡嘴。其實count++包含了三個CPU指令甫恩！

4、volatile特性

可以把對volatile變量的單個讀/寫酌予，看成是使用同一個鎖對這些單個讀/寫操作做了同步

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可以看成

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• 所以volatile變量自身具有下列特性：
• 可見性磺箕。對一個volatile變量的讀，總是能看到（任意線程）對這個volatile變量最后的寫入霎终。
• 原子性：對任意單個volatile變量的讀/寫具有原子性滞磺，但類似于volatile++這種復(fù)合操作不具有原子性。
• volatile雖然能保證執(zhí)行完及時把變量刷到主內(nèi)存中莱褒，但對于count++這種非原子性击困、多指令的情況，由于線程切換广凸，線程A剛把count=0加載到工作內(nèi)存阅茶，線程B就可以開始工作了，這樣就會導(dǎo)致線程A和B執(zhí)行完的結(jié)果都是1谅海，都寫到主內(nèi)存中脸哀，主內(nèi)存的值還是1不是2

5、volatile的實現(xiàn)原理

• 通過對OpenJDK中的unsafe.cpp源碼的分析扭吁，會發(fā)現(xiàn)被volatile關(guān)鍵字修飾的變量會存在一個“l(fā)ock:”的前綴撞蜂。
• Lock前綴，Lock不是一種內(nèi)存屏障侥袜，但是它能完成類似內(nèi)存屏障的功能蝌诡。Lock會對CPU總線和高速緩存加鎖，可以理解為CPU指令級的一種鎖枫吧。
• 同時該指令會將當前處理器緩存行的數(shù)據(jù)直接寫會到系統(tǒng)內(nèi)存中浦旱，且這個寫回內(nèi)存的操作會使在其他CPU里緩存了該地址的數(shù)據(jù)無效。

6九杂、synchronized的實現(xiàn)原理

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• Synchronized在JVM里的實現(xiàn)都是基于進入和退出Monitor對象來實現(xiàn)方法同步和代碼塊同步颁湖，雖然具體實現(xiàn)細節(jié)不一樣，但是都可以通過成對的MonitorEnter和MonitorExit指令來實現(xiàn)例隆。
• 對同步塊甥捺，MonitorEnter指令插入在同步代碼塊的開始位置，當代碼執(zhí)行到該指令時裳擎，將會嘗試獲取該對象Monitor的所有權(quán)涎永，即嘗試獲得該對象的鎖，而monitorExit指令則插入在方法結(jié)束處和異常處，JVM保證每個MonitorEnter必須有對應(yīng)的MonitorExit羡微。
• 對同步方法谷饿，從同步方法反編譯的結(jié)果來看，方法的同步并沒有通過指令monitorenter和monitorexit來實現(xiàn)妈倔，相對于普通方法博投，其常量池中多了ACC_SYNCHRONIZED標示符。
• JVM就是根據(jù)該標示符來實現(xiàn)方法的同步的：當方法被調(diào)用時盯蝴，調(diào)用指令將會檢查方法的 ACC_SYNCHRONIZED 訪問標志是否被設(shè)置毅哗，如果設(shè)置了，執(zhí)行線程將先獲取monitor捧挺，獲取成功之后才能執(zhí)行方法體虑绵，方法執(zhí)行完后再釋放monitor。在方法執(zhí)行期間闽烙，其他任何線程都無法再獲得同一個monitor對象翅睛。
• synchronized使用的鎖是存放在Java對象頭里面，

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具體位置是對象頭里面的MarkWord黑竞，MarkWord里默認數(shù)據(jù)是存儲對象的HashCode等信息捕发，

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但是會隨著對象的運行改變而發(fā)生變化，不同的鎖狀態(tài)對應(yīng)著不同的記錄存儲方式

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7很魂、自旋鎖

原理

• 自旋鎖原理非常簡單扎酷，如果持有鎖的線程能在很短時間內(nèi)釋放鎖資源，那么那些等待競爭鎖的線程就不需要做內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)之間的切換進入阻塞掛起狀態(tài)遏匆，它們只需要等一等（自旋）法挨，等持有鎖的線程釋放鎖后即可立即獲取鎖，這樣就避免用戶線程和內(nèi)核的切換的消耗幅聘。
  但是線程自旋是需要消耗CPU的坷剧，說白了就是讓CPU在做無用功，線程不能一直占用CPU自旋做無用功喊暖，所以需要設(shè)定一個自旋等待的最大時間。
  如果持有鎖的線程執(zhí)行的時間超過自旋等待的最大時間扔沒有釋放鎖撕瞧，就會導(dǎo)致其它爭用鎖的線程在最大等待時間內(nèi)還是獲取不到鎖陵叽，這時爭用線程會停止自旋進入阻塞狀態(tài)。

自旋鎖的優(yōu)缺點

• 自旋鎖盡可能的減少線程的阻塞丛版，這對于鎖的競爭不激烈巩掺，且占用鎖時間非常短的代碼塊來說性能能大幅度的提升，因為自旋的消耗會小于線程阻塞掛起操作的消耗页畦！
  但是如果鎖的競爭激烈胖替，或者持有鎖的線程需要長時間占用鎖執(zhí)行同步塊，這時候就不適合使用自旋鎖了，因為自旋鎖在獲取鎖前一直都是占用cpu做無用功独令，占著XX不XX端朵，線程自旋的消耗大于線程阻塞掛起操作的消耗，其它需要cup的線程又不能獲取到cpu燃箭，造成cpu的浪費冲呢。

自旋鎖時間閾值

• 自旋鎖的目的是為了占著CPU的資源不釋放，等到獲取到鎖立即進行處理招狸。但是如何去選擇自旋的執(zhí)行時間呢敬拓？如果自旋執(zhí)行時間太長，會有大量的線程處于自旋狀態(tài)占用CPU資源裙戏，進而會影響整體系統(tǒng)的性能乘凸。因此自旋次數(shù)很重要
• JVM對于自旋次數(shù)的選擇，jdk1.5默認為10次累榜，在1.6引入了適應(yīng)性自旋鎖营勤，適應(yīng)性自旋鎖意味著自旋的時間不在是固定的了，而是由前一次在同一個鎖上的自旋時間以及鎖的擁有者的狀態(tài)來決定信柿，基本認為一個線程上下文切換的時間是最佳的一個時間冀偶。
  JDK1.6中-XX:+UseSpinning開啟自旋鎖； JDK1.7后渔嚷，去掉此參數(shù)进鸠，由jvm控制；

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8形病、鎖的狀態(tài)

一共有四種狀態(tài)客年，無鎖狀態(tài)，偏向鎖狀態(tài)漠吻，輕量級鎖狀態(tài)和重量級鎖狀態(tài)量瓜，它會隨著競爭情況逐漸升級。鎖可以升級但不能降級途乃，目的是為了提高獲得鎖和釋放鎖的效率绍傲。

偏向鎖
引入背景：大多數(shù)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耍共，為了讓線程獲得鎖的代價更低而引入了偏向鎖烫饼，減少不必要的CAS操作。
偏向鎖试读，顧名思義杠纵，它會偏向于第一個訪問鎖的線程，如果在運行過程中钩骇，同步鎖只有一個線程訪問比藻，不存在多線程爭用的情況铝量，則線程是不需要觸發(fā)同步的，減少加鎖／解鎖的一些CAS操作（比如等待隊列的一些CAS操作）银亲，這種情況下慢叨，就會給線程加一個偏向鎖。 如果在運行過程中群凶，遇到了其他線程搶占鎖插爹，則持有偏向鎖的線程會被掛起，JVM會消除它身上的偏向鎖请梢，將鎖恢復(fù)到標準的輕量級鎖赠尾。它通過消除資源無競爭情況下的同步原語，進一步提高了程序的運行性能毅弧。

• 偏向鎖獲取過程：
  步驟1气嫁、 訪問Mark Word中偏向鎖的標識是否設(shè)置成1，鎖標志位是否為01够坐，確認為可偏向狀態(tài)寸宵。
  步驟2、 如果為可偏向狀態(tài)元咙，則測試線程ID是否指向當前線程梯影，如果是，進入步驟5庶香，否則進入步驟3甲棍。
  步驟3、 如果線程ID并未指向當前線程赶掖，則通過CAS操作競爭鎖感猛。如果競爭成功，則將Mark Word中線程ID設(shè)置為當前線程ID奢赂，然后執(zhí)行5陪白；如果競爭失敗，執(zhí)行4膳灶。
  步驟4咱士、 如果CAS獲取偏向鎖失敗，則表示有競爭轧钓。當?shù)竭_全局安全點（safepoint）時獲得偏向鎖的線程被掛起司致，偏向鎖升級為輕量級鎖，然后被阻塞在安全點的線程繼續(xù)往下執(zhí)行同步代碼聋迎。（撤銷偏向鎖的時候會導(dǎo)致stop the word）
  步驟5、 執(zhí)行同步代碼枣耀。