程序有兩種不同的級(jí)別：用戶態(tài)藐守、內(nèi)核態(tài)
原來(lái)的操作系統(tǒng)中沒(méi)有這種級(jí)別之分徙硅，因此一個(gè)程序可能訪問(wèn)其他程序的內(nèi)存鞠鲜，就可能把整個(gè)機(jī)器都干掉。一般來(lái)說(shuō)渐夸，操作系統(tǒng)跑在內(nèi)核態(tài)，內(nèi)核態(tài)的程序可以訪問(wèn)硬件（如內(nèi)存渔欢，進(jìn)行線程調(diào)度等）墓塌，當(dāng)用戶態(tài)的程序需要訪問(wèn)硬件時(shí)，就需要向操作系統(tǒng)申請(qǐng)奥额。在CPU硬件上分為ring0 - 1 - 2 -3苫幢，應(yīng)用程序一般跑在ring3級(jí)，操作系統(tǒng)跑在ring0級(jí)垫挨，ring0級(jí)的程序可以直接訪問(wèn)硬件而ring3級(jí)不行韩肝。

有輕量級(jí)鎖和重量級(jí)鎖之分，輕量級(jí)鎖都是在用戶態(tài)完成的九榔，而重量級(jí)鎖需要進(jìn)過(guò)操作系統(tǒng)哀峻。

1. CAS

CAS的全稱為CompareAndSwap，它是一條CPU并發(fā)原語(yǔ)哲泊。
功能：比較當(dāng)前工作內(nèi)存中的值和主內(nèi)存中的值剩蟀，如果相同則執(zhí)行規(guī)定操作。如果不相同則繼續(xù)比較直到工作內(nèi)存中的值和主內(nèi)存中的值相等為止切威。

CAS并發(fā)原語(yǔ)體現(xiàn)在JAVA語(yǔ)言中就是sun.misc.Unsafe類中的各個(gè)方法育特。調(diào)用Unsafe類中的CAS方法，JVM會(huì)幫我們實(shí)現(xiàn)出CAS的匯編指令(lock cmpxchg指令)先朦。這是一種完全依賴于硬件的功能（鎖總線）缰冤，通過(guò)它實(shí)現(xiàn)了原子操作。原語(yǔ)的執(zhí)行必須是連續(xù)的喳魏，在執(zhí)行的過(guò)程中不允許被中斷棉浸，也就是說(shuō)CAS是一條CPU的原子指令，線程安全截酷。

2.Unsafe類

是CAS的核心類涮拗，存在于sun.misc包中乾戏，其內(nèi)部方法操作可以像C的指針一樣直接操作內(nèi)存迂苛，所有方法都被native修飾三热。變量valueoffset，表示該變量值在內(nèi)存中的偏移地址三幻，Unsafe就根據(jù)內(nèi)存的偏移地址獲取數(shù)據(jù)就漾，value被volatile修飾，保證了多線程之間的內(nèi)存可見(jiàn)性念搬。

CAS.png

不斷的循環(huán)看當(dāng)前內(nèi)存地址中的值是否是我期待的值抑堡，如果是則進(jìn)行下面的操作，如果不是則繼續(xù)循環(huán)朗徊。

缺點(diǎn)：1. 循環(huán)時(shí)間長(zhǎng)開(kāi)銷大（如果CAS失敗首妖，會(huì)一直進(jìn)行嘗試）
? 2. 只能保證一個(gè)共享變量的原子操作
3. ABA問(wèn)題

2. synchronized的鎖升級(jí)過(guò)程

Hotspot的鎖實(shí)現(xiàn).png

Java SE 1.6為了減少獲得鎖和釋放鎖帶來(lái)的性能消耗，引入了偏向鎖和輕量級(jí)鎖爷恳。
在1.6中有缆，鎖一共有4中狀態(tài)

• 無(wú)鎖狀態(tài)
• 偏向鎖狀態(tài)
• 輕量級(jí)鎖狀態(tài)
• 重量級(jí)鎖狀態(tài)

1. 偏向鎖意義：據(jù)調(diào)查，大多數(shù)情況下温亲，鎖總是被同一線程調(diào)用棚壁，所以就出現(xiàn)了偏向鎖。
   偏向鎖總是偏向于第一次獲取鎖的線程栈虚，一般無(wú)競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)時(shí)使用的就是偏向鎖袖外，可以使用-XX:+/-UseBiasedLocking參數(shù)啟用/關(guān)閉偏向鎖，默認(rèn)是開(kāi)啟的（線程數(shù)多的時(shí)候魂务，適合關(guān)閉偏向鎖曼验，因?yàn)楦?jìng)爭(zhēng)激烈，鎖會(huì)升級(jí)粘姜，關(guān)閉后可以省略升級(jí)過(guò)程蚣驼，直接使用輕量級(jí)鎖）。

偏向鎖加鎖過(guò)程：
1）執(zhí)行到monitorenter（使用monitorenter和monitorexit兩個(gè)指令實(shí)現(xiàn)同步）時(shí)相艇，首先檢查鎖標(biāo)志是否為01（01表示未上鎖）
2）其次檢查偏向鎖位是否為0（0表示無(wú)鎖颖杏，1表示當(dāng)前已是偏向鎖）
3）如果檢查成功，通過(guò)CAS操作坛芽，將Mark Word中的線程ID設(shè)置為自己的線程ID留储，然后將偏向鎖位設(shè)置為1
4）如果第二次仍是該線程進(jìn)入同步區(qū)，那么不再需要執(zhí)行第三步
5）如果第二次是其他線程進(jìn)入咙轩，那么鎖升級(jí)
競(jìng)爭(zhēng)激烈获讳，多個(gè)線程同時(shí)爭(zhēng)鎖，鎖升級(jí)為輕量級(jí)鎖
第一個(gè)線程進(jìn)入后設(shè)置為偏向鎖活喊，第二次再來(lái)的線程不是該線程而是其他線程丐膝，鎖升級(jí)為輕量級(jí)鎖
?偏向鎖是默認(rèn)啟用的，它會(huì)在程序啟動(dòng)幾秒后才激活，可以通過(guò)JVM參數(shù)：-XX:BiasedLockingStartupDelay=0關(guān)閉延遲帅矗。也可以使用參數(shù):-XX:UserBiasedLocking=false關(guān)閉偏向鎖

• 2.輕量級(jí)鎖
  加鎖過(guò)程：
  1）當(dāng)某個(gè)線程想要占用這把鎖的時(shí)候偎肃，它會(huì)首先在自己的棧（幀）中創(chuàng)建一個(gè)鎖記錄（LockRecord）
  2）然后將Mark Word信息復(fù)制（hashCode、分代年齡等）到LockRecord中
  3）用CAS操作將Mark Word替換掉LR指針浑此，即將Mark Word中除了標(biāo)志位外的部分替換成一個(gè)指針
  4）指向自己的LockRecord哪個(gè)線程替換成功累颂，哪個(gè)線程就成功得到了鎖，輕量級(jí)鎖自旋次數(shù)超過(guò)10（任意一個(gè)線程）凛俱，或者正在自旋的線程超過(guò)CPU核數(shù)一半紊馏，那么輕量級(jí)鎖升級(jí)為重量級(jí)鎖（jdk1.6以前，jdk1.6以后默認(rèn)啟動(dòng)自適應(yīng)自旋）蒲犬，可以通過(guò)-XX:+PreBlockSpin指定自旋次數(shù)朱监。

3.重量級(jí)鎖
?因?yàn)樾枰枞⑶倚枰虿僮飨到y(tǒng)級(jí)別申請(qǐng)原叮，所以說(shuō)是重量級(jí)赫编。重量級(jí)鎖是操作系統(tǒng)來(lái)決定由哪個(gè)線程來(lái)獲得鎖的：（用戶態(tài)到內(nèi)核態(tài)的訪問(wèn)）
1）生成或者復(fù)用monitor對(duì)象
2）Mark Word不再指向LR，而是指向monitor對(duì)象
3）線程阻塞篇裁，進(jìn)入_EntryList排隊(duì)沛慢，由操作系統(tǒng)決定喚醒誰(shuí)
4）操作系統(tǒng)喚醒線程后該線程的Mark Word替換為monitor pointer，然后執(zhí)行

monitor對(duì)象
?monitor可以理解為一個(gè)操作系統(tǒng)級(jí)別的互斥變量达布，當(dāng)一個(gè)線程想要執(zhí)行一段被synchronized圈起來(lái)的同步方法或者代碼塊時(shí)团甲，該線程得先獲取到synchronized修飾的對(duì)象對(duì)應(yīng)的monitor。
在hotSpot虛擬機(jī)中黍聂，monitor是由ObjectMonitor實(shí)現(xiàn)的躺苦。其源碼是用c++來(lái)實(shí)現(xiàn)的

Java代碼里不會(huì)顯示地去創(chuàng)造這么一個(gè)monitor對(duì)象，我們也無(wú)需創(chuàng)建产还，事實(shí)上可以這么理解：我們是通過(guò)synchronized修飾符告訴JVM需要為我們的某個(gè)對(duì)象創(chuàng)建關(guān)聯(lián)的monitor對(duì)象匹厘。

鎖升級(jí).png

3.打開(kāi)偏向鎖效率是否一定提高匕累？為什么？

在明確知道有線程競(jìng)爭(zhēng)的情況下默伍，因?yàn)槠蜴i是存在競(jìng)爭(zhēng)的欢嘿，啟動(dòng)偏向鎖不是一個(gè)合適的選擇衰琐。默認(rèn)4s后啟動(dòng)偏向鎖是因?yàn)镴VM在啟動(dòng)的時(shí)候一定會(huì)產(chǎn)生多線程的競(jìng)爭(zhēng)。因此默認(rèn)情況下延遲4s啟動(dòng)偏向鎖炼蹦。

4. 如何解決ABA問(wèn)題

使用AtomicStampedReference羡宙，帶有時(shí)間戳（版本號(hào)）。