Java編程語(yǔ)言允許線程訪問(wèn)共享變量，為了確保共享變量能被準(zhǔn)確和一致的更新萌业，線程應(yīng)該確保通過(guò)排他鎖單獨(dú)獲得這個(gè)變量窑业。
volatile借助Java內(nèi)存模型保證所有線程能夠看到最新的值翔怎。(內(nèi)存可見性)
實(shí)現(xiàn)原理:
將帶有volatile變量操作的Java代碼轉(zhuǎn)換成匯編代碼后彬碱，可以看到多了個(gè)lock前綴指令(X86平臺(tái)CPU指令)豆胸。這個(gè)lock指令是關(guān)鍵，在多核處理器下實(shí)現(xiàn)兩個(gè)重要操作:
1.將當(dāng)前處理器緩存行的數(shù)據(jù)寫回到系統(tǒng)內(nèi)存巷疼。
2.這個(gè)寫回內(nèi)存的操作會(huì)使其他處理器里緩存該內(nèi)存地址的數(shù)據(jù)失效
如果了解計(jì)算機(jī)組成原理晚胡，可以知道CPU為了提高處理速度，不和內(nèi)存直接進(jìn)行交互嚼沿，而是使用Cache(高速緩存估盘，通過(guò)緩存數(shù)據(jù)交互速度和內(nèi)存不是一個(gè)數(shù)量級(jí)，而同時(shí)Cache的存儲(chǔ)容量也很小)骡尽。
從內(nèi)存將數(shù)據(jù)讀到緩存后遣妥，CPU進(jìn)行一系列數(shù)據(jù)操作，而操作完成時(shí)間是不可知的攀细。而JVM對(duì)帶有volatile變量進(jìn)行寫操作時(shí)箫踩，會(huì)發(fā)送Lock前綴指令，將數(shù)據(jù)從緩存行寫入到內(nèi)存谭贪。寫入內(nèi)存還不夠班套，因?yàn)槠渌€程的緩存行中數(shù)據(jù)還是舊的，Lock指令可以讓其他CPU通過(guò)監(jiān)聽在總線上的數(shù)據(jù)故河，檢查自己的緩存數(shù)據(jù)是否過(guò)期吱韭，如果緩存行的地址和總線上的地址相同，則將緩存行失效鱼的，下次該線程對(duì)這個(gè)數(shù)據(jù)操作時(shí)理盆，會(huì)重新從內(nèi)存中讀取，更新到緩存行凑阶。
2.Synchronized
Synchronized也是經(jīng)常用到的猿规，它給人的印象一般是”重量級(jí)鎖”。在JDK1.6后宙橱，對(duì)Synchronized進(jìn)行了一系列優(yōu)化姨俩，引入了偏向鎖和輕量級(jí)鎖，對(duì)鎖的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和升級(jí)過(guò)程师郑。有效減少獲得鎖和釋放鎖帶來(lái)的性能消耗环葵。
Synchronized同步基礎(chǔ):
1.普通同步方法，鎖是當(dāng)前實(shí)例對(duì)象宝冕。 public synchronized void test(){…}
2.靜態(tài)同步方法张遭，鎖是當(dāng)前類的Class對(duì)象。public static synchronized void test(…){}
3.對(duì)于同步方法塊地梨，鎖是Synchronized括號(hào)中里配置的對(duì)象菊卷。synchronized(instance){…}
用javap反編譯class文件缔恳，可以看到Synchronized用的是monitorenter和monitorexit實(shí)現(xiàn)加鎖。一個(gè)monitorenter必須要有monitorexit與之對(duì)應(yīng)洁闰，所以同步方法會(huì)在異常處和方法返回處加入monitorexit指令歉甚。
<pre style="box-sizing: border-box; margin: 0px 0px 24px; padding: 0px 16px; overflow-x: auto; background-color: rgb(255, 255, 255); font-family: Consolas, Menlo, Courier, monospace; font-size: 16px; line-height: 20px; color: rgb(34, 34, 34); -webkit-tap-highlight-color: transparent; white-space: normal; text-align: start;">3: monitorenter //注意此處，進(jìn)入同步方法 4: aload_0 5: dup 6: getfield #2 // Field i:I 9: iconst_110: iadd11: putfield #2 // Field i:I14: aload_115: monitorexit //注意此處扑眉，退出同步方法</pre>
3.Java對(duì)象頭
Synchronized用到的鎖存在Java對(duì)象頭里,若對(duì)象非數(shù)組類型纸泄，用32bit存儲(chǔ)(2個(gè)字寬，32虛擬機(jī)一個(gè)字寬為4字節(jié)襟雷，一個(gè)字節(jié)8bit)
MarkWord存儲(chǔ)和鎖相關(guān)的信息:
鎖有四個(gè)等級(jí): 無(wú)鎖->偏向鎖->輕量級(jí)鎖->重量級(jí)鎖刃滓。如果存在競(jìng)爭(zhēng)仁烹，就會(huì)不斷升級(jí)耸弄，但不會(huì)降級(jí)。
1.偏向鎖
多數(shù)情況下卓缰，鎖不會(huì)存在競(jìng)爭(zhēng)计呈，而是同一個(gè)線程多次獲得。當(dāng)某個(gè)線程訪問(wèn)同步塊代碼時(shí)征唬，會(huì)將鎖對(duì)象和棧幀中的鎖記里存儲(chǔ)鎖偏向的線程ID捌显，以后線程在進(jìn)入和退出同步塊時(shí)不需要進(jìn)行CAS操作來(lái)加鎖和解鎖，只需簡(jiǎn)單比對(duì)一下對(duì)象頭中的MarkWord里的線程ID总寒，如果一致則表示線程獲得鎖扶歪。若不一致，再繼續(xù)測(cè)試偏向鎖的標(biāo)識(shí)是否為1：如果沒(méi)有設(shè)置(無(wú)鎖狀態(tài))摄闸，用CAS(Compare and Swap)競(jìng)爭(zhēng)鎖善镰；如果設(shè)置了，嘗試使用CAS將對(duì)象頭的偏向鎖指向當(dāng)前線程年枕。
當(dāng)有另一個(gè)線程嘗試競(jìng)爭(zhēng)鎖時(shí)炫欺，持有偏向鎖的線程才會(huì)釋放鎖。需要等待全局安全點(diǎn)（在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)上沒(méi)有字節(jié)碼正在執(zhí)行）熏兄，它會(huì)首先暫停擁有偏向鎖的線程品洛，然后檢查持有偏向鎖的線程是否活著，如果線程不處于活動(dòng)狀態(tài)摩桶，則將對(duì)象頭設(shè)置成無(wú)鎖狀態(tài)桥状，如果線程仍然活著，擁有偏向鎖的棧會(huì)被執(zhí)行硝清，遍歷偏向?qū)ο蟮逆i記錄岛宦，棧中的鎖記錄和對(duì)象頭的Mark Word，要么重新偏向于其他線程耍缴，要么恢復(fù)到無(wú)鎖或者標(biāo)記對(duì)象不適合作為偏向鎖砾肺，最后喚醒暫停的線程挽霉。
Java 6，7默認(rèn)開啟偏向鎖变汪，可以通過(guò)JVM的參數(shù)-XX:-UsebiasedLocking=false關(guān)閉
2.輕量級(jí)鎖
(1)加鎖
鎖記錄存儲(chǔ)在棧楨侠坎，會(huì)將對(duì)象頭的MarkWord復(fù)制到鎖記錄。線程在執(zhí)行同步塊時(shí)裙盾，會(huì)嘗試用CAS將對(duì)象頭的MarkWord替換為指向鎖記錄的指針实胸，若成功，獲得鎖番官；失敗表示其他線程競(jìng)爭(zhēng)鎖庐完，當(dāng)前線程嘗試使用自旋獲取鎖。
(2)解鎖
類似于加鎖反向操作徘熔，會(huì)將鎖記錄復(fù)制會(huì)對(duì)象頭的MarkWord门躯。若成功，表示操作過(guò)程中沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)發(fā)生酷师；若失敗讶凉，存在競(jìng)爭(zhēng)，鎖會(huì)膨脹成重量級(jí)鎖山孔。
如下圖:
當(dāng)膨脹到重量級(jí)鎖時(shí)懂讯，不會(huì)再通過(guò)自選獲得鎖(自旋時(shí)線程處于活動(dòng)狀態(tài)，會(huì)消耗CPU)台颠，而是將線程阻塞褐望，獲得鎖的線程執(zhí)行完后會(huì)釋放重量級(jí)鎖，此時(shí)喚醒因?yàn)殒i阻塞的線程串前，進(jìn)行新一輪的競(jìng)爭(zhēng)瘫里。
3.其他鎖概念
自旋鎖:
自旋鎖是采用讓當(dāng)前線程不停地的在循環(huán)體內(nèi)執(zhí)行實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)循環(huán)的條件被其他線程改變時(shí) 才能進(jìn)入臨界區(qū)酪呻。
<pre style="box-sizing: border-box; margin: 0px 0px 24px; padding: 0px 16px; overflow-x: auto; background-color: rgb(255, 255, 255); font-family: Consolas, Menlo, Courier, monospace; font-size: 16px; line-height: 20px; color: rgb(34, 34, 34); -webkit-tap-highlight-color: transparent; white-space: normal; text-align: start;">public class SpinLock { private AtomicReference<Thread> sign =new AtomicReference<>(); public void lock(){Thread current = Thread.currentThread(); while(!sign .compareAndSet(null, current)){}} public void unlock (){Thread current = Thread.currentThread();sign .compareAndSet(current, null);}}</pre>
使用了CAS原子操作减宣，lock函數(shù)將owner設(shè)置為當(dāng)前線程，并且預(yù)測(cè)原來(lái)的值為空玩荠。unlock函數(shù)將owner設(shè)置為null漆腌，并且預(yù)測(cè)值為當(dāng)前線程。
當(dāng)有第二個(gè)線程調(diào)用lock操作時(shí)由于owner值不為空阶冈，導(dǎo)致循環(huán)一直被執(zhí)行闷尿，直至第一個(gè)線程調(diào)用unlock函數(shù)將owner設(shè)置為null，第二個(gè)線程才能進(jìn)入臨界區(qū)女坑。
由于自旋鎖只是將當(dāng)前線程不停地執(zhí)行循環(huán)體填具，不進(jìn)行線程狀態(tài)的改變，所以響應(yīng)速度更快。但當(dāng)線程數(shù)不停增加時(shí)劳景，性能下降明顯誉简，因?yàn)槊總€(gè)線程都需要執(zhí)行，占用CPU時(shí)間盟广。如果線程競(jìng)爭(zhēng)不激烈闷串，并且保持鎖的時(shí)間段。適合使用自旋鎖筋量。
鎖的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比:
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