寫在前面

相信很多小伙伴對于CAS，Synchronized相關的問題都很糾結，包括UP也是，對于這幾個的區(qū)別也困擾了很久，那么今天就來做一個總結，面試再也不用擔心了。

一、 CAS

何為CAS?

CAS（Compare And Swap ）是樂觀鎖的一種實現(xiàn)方式，是一種輕量級鎖。JAVA1.5開始引入了CAS，JUC下很多工具類都是基于CAS。

CAS的實現(xiàn)方式:

CAS有3個操作數，內存值V，舊的預期值A，要修改的新值B。當且僅當預期值A和內存值V相同時，將內存值V修改為B，否則什么都不做。當多個線程同時嘗試使用CAS更新一個變量時，任何時候只有一個線程可以更新成功，若更新失敗，線程會重新進入循環(huán)再次進行嘗試。

CAS在Java中的應用:

前面也說了JUC下面很多工具類都用到了CAS。其主要依賴于Unsafe的CAS操作來進行實現(xiàn)。

例如AtomicInteger下的incrementAndGet操作：

接著來看看Unsafe下的getAndAddInt方法：

可以看到Unsafe中在循環(huán)體內先讀取內存中的value值，然后CAS更新，如果CAS更新成功則退出，如果更新失敗，則循環(huán)重試直到更新成功。

CAS帶來的問題

ABA問題

例如說：

一. 線程1查詢值是否為A

二. 線程2查詢值是否為A

三. 線程2使用CAS將值更新為B

四. 線程2查詢值是否為B

五. 線程2使用CAS將值更新為A

六. 線程1使用CAS將值更新為C

線程一線程二交替執(zhí)行。第二步到第五步，線程二將值由A更新為B由更新為A，但線程一并沒有察覺，因此線程一還是可以繼續(xù)執(zhí)行。我們稱這種現(xiàn)象為ABA問題。

解決方法：

使用版本號 （時間戳），在每次在執(zhí)行數據的修改操作時，都會帶上一個版本號，一旦版本號和數據的版本號一致就可以執(zhí)行修改操作并對版本號加一，否則就執(zhí)行失敗。例如AtomicStampedReference就是通過對值加一個戳(stamp)來解決“ABA”問題的。

循環(huán)開銷過大

CAS操作不成功的話，會導致一直自旋，CPU的壓力會很大。例如說Unsafe下的getAndAddInt方法會一直循環(huán)，知道成功才會返回。

只能保證一個變量的原子操作

二、synchronized

相比于CAS基于樂觀鎖實現(xiàn)，synchronized是基于悲觀鎖的，當一個線程試圖訪問同步代碼塊時，它首先必須得到鎖，退出或拋出異常時必須釋放鎖。

• 對于普通同步方法加鎖時，鎖是當前實例對象
• 對于靜態(tài)同步方法加鎖時，鎖是當前類的Class對象
• 對于同步方法塊加鎖時，鎖是Synchonized括號里配置的對象

Synchronized的實現(xiàn)方式：

Synchonized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，但兩者的實現(xiàn)細節(jié)不一樣。Synchronized 用在方法上時，在字節(jié)碼中是通過方法的 ACC_SYNCHRONIZED 標志來實現(xiàn)的。而代碼塊同步則是使用monitorenter和monitorexit指令實現(xiàn)的。

monitorenter指令是在編譯后插入到同步代碼塊的開始位置，而monitorexit是插入到方法結束處和異常處，JVM要保證每個monitorenter必須有對應的monitorexit與之配對。任何對象都有一個monitor與之關聯(lián)，當且一個monitor被持有后，它將處于鎖定狀態(tài)。線程執(zhí)行到monitorenter指令時，將會嘗試獲取對象所對應的monitor的所有權，即嘗試獲得對象的鎖，當獲得對象的monitor以后，monitor內部的計數器就會自增（初始為0），當同一個線程再次獲得monitor的時候，計數器會再次自增。當同一個線程執(zhí)行monitorexit指令的時候，計數器會進行自減，當計數器為0的時候，monitor就會被釋放，其他線程便可以獲得monitor。

Synchronized的優(yōu)化：

Java SE 1.6為了減少獲得鎖和釋放鎖帶來的性能消耗，引入了“偏向鎖”和“輕量級鎖”，在Java SE 1.6中，鎖一共有4種狀態(tài)，級別從低到高依次是：無鎖狀態(tài)、偏向鎖狀態(tài)、輕量級鎖狀態(tài)和重量級鎖狀態(tài)。

偏向鎖：

當一個線程訪問同步塊并獲取鎖時，會在對象頭和棧幀中的鎖記錄里存儲鎖偏向的線程ID，以后該線程在進入和退出同步塊時不需要進行CAS操作來加鎖和解鎖，只需簡單地測試一下對象頭的Mark Word里是否存儲著指向當前線程的偏向鎖。如果測試成功，表示線程已經獲得了鎖。如果測試失敗，則需要再測試一下Mark Word中偏向鎖的標識是否設置成1（表示當前是偏向鎖），如果沒有設置，則使用CAS競爭鎖；如果設置了，則嘗試使用CAS將對象頭的偏向鎖指向當前線程。

輕量級鎖：

線程在執(zhí)行同步塊之前，JVM會先在當前線程的棧楨中創(chuàng)建用于存儲鎖記錄的空間，并將對象頭中的Mark Word復制到鎖記錄中。然后線程嘗試使用CAS將對象頭中的Mark Word替換為指向鎖記錄的指針。如果成功，當前線程獲得鎖，如果失敗，表示其他線程競爭鎖，當前線程便嘗試使用自旋來獲取鎖。

重量級鎖：

重量級鎖是依賴對象內部的monitor鎖來實現(xiàn)。當系統(tǒng)檢查到鎖是重量級鎖之后，會把等待想要獲得鎖的線程進行阻塞，被阻塞的線程不會消耗cup。但是阻塞或者喚醒一個線程時，都需要操作系統(tǒng)來幫忙，需要從用戶態(tài)轉換到內核態(tài)，而轉換狀態(tài)是需要消耗很多時間。

作者：：CSDN博主：今天會是有offfer的一天么

原文鏈接：https://blog.csdn.net/HZGuilty/article/details/105630199