volatile的應(yīng)用

• valatile實(shí)現(xiàn)原則
  • Lock前綴指令會引起處理器緩存回寫到內(nèi)存
  • 一個處理器的緩存回寫到內(nèi)存會導(dǎo)致其他處理器的緩存無效
• volatile的使用優(yōu)化
  • 追加字節(jié)64字節(jié)的方式來優(yōu)化性能（Java 7下可能不生效，采用了其他追加字節(jié)的方式）

synchronized的實(shí)現(xiàn)原理與應(yīng)用

相信絕大數(shù)人在腦海里對synchronized的第一印象就是重量級鎖，性能消耗特別高，不到萬不得一最好不要使用synchronized，當(dāng)然了，在1.6版本之前確實(shí)是這樣的，但是在1.6版本對synchronized進(jìn)行了優(yōu)化，其中最主要的就是引入了偏向鎖、輕量級鎖。后續(xù)會有所提及。

• 對于普通同步方法，鎖是當(dāng)前實(shí)例對象
• 對于靜態(tài)同步方法，鎖是當(dāng)前類的Class對象
• 對于同步方法塊，鎖是synchronized括號里配置的對象

記住synchronized是通過JVM實(shí)現(xiàn)的，如果修飾的同步塊，與之對應(yīng)的命令monitorenter和monitorexit。如果是同步方法，則是依靠方法修飾符上的ACC_SYNCHRONIZED

• Java對象頭

Java對象頭的存儲結(jié)構(gòu)(32位JVM)

Java對象頭的存儲結(jié)構(gòu)(64位JVM)
不支持HTML標(biāo)簽，只能截圖了

image.png

• 鎖級別(由低到高)

無鎖狀態(tài)->偏向鎖狀態(tài)->輕量級鎖狀態(tài)->重量級鎖狀態(tài)(只能升級不能降級)

偏向鎖

初次獲取鎖的時候，將自身的ThreadID寫入到mark word的ThreadId字段內(nèi)，并且將偏向鎖的狀態(tài)置為1。如果再有線程來獲取鎖的時候，直接比較ThreadID是否一致。

輕量級鎖

兩個線程競爭，其中只會有一個競爭成功，另外一個進(jìn)行自旋CAS。

鎖的優(yōu)缺點(diǎn)對比及適用場景

原子操作的實(shí)現(xiàn)原理

• 如何實(shí)現(xiàn)原子性

  • 使用總線鎖保證原子性（使用處理器提供的Lock #信號，當(dāng)一個處理器在總線上輸出此信號時，其他處理器的請求將被阻塞住，所以開銷比較大）
  • 使用緩存鎖保證原子性（修改內(nèi)部的內(nèi)存地址，通過緩存一致性機(jī)制來保證操作的原子性，因為緩存一致性機(jī)制會阻止同時修改由兩個以上處理器緩存的內(nèi)存區(qū)域數(shù)據(jù)，當(dāng)其他處理器回寫已被鎖定的緩存行的數(shù)據(jù)時，會使緩存行無效）
    • 有兩種特殊情況處理器不會使用緩存鎖定
      • 當(dāng)操作的數(shù)據(jù)不能被緩存在處理器內(nèi)部或操作的數(shù)據(jù)跨多個緩存行時，則會調(diào)用總線鎖定
      • 有些處理器不支持緩存鎖定。（Intel 486和Pentium處理器）

• Java如何實(shí)現(xiàn)原子操作

  • 實(shí)現(xiàn)方式
    • 鎖
    • 自旋CAS
  • 鎖機(jī)制實(shí)現(xiàn)原子操作
    JVM內(nèi)部多種鎖機(jī)制：偏向鎖、輕量級鎖、互斥鎖。除了偏向鎖，其它都用到了CAS
  • CAS實(shí)現(xiàn)原理及存在的問題
    • JVM中的CAS操作是利用處理器提供的CMPXCHG指令實(shí)現(xiàn)的
    • CAS實(shí)現(xiàn)原子操作的三大問題
      1. ABA問題（1.5版本提供的AtomicStampedReference來解決的）
      2. 循環(huán)時間長，開銷大（如果處理器支持pause命令，效率有所提升。第一，延遲流水線執(zhí)行命令，使CPU不會消耗過多的執(zhí)行資源。第二，避免循環(huán)推出的時候因內(nèi)存順序沖突而引起CPU流水線被清空，從而提高CPU的執(zhí)行效率）
      3. 只能保證一個共享變量的原子操作（1.5版本提供的AtomicReference類來保證引用對象之間的原子性，就可以把多個變量放在一個對象里來進(jìn)行CAS操作）