程序有兩種不同的級別：用戶態(tài)、內核態(tài)
原來的操作系統(tǒng)中沒有這種級別之分，因此一個程序可能訪問其他程序的內存，就可能把整個機器都干掉。一般來說，操作系統(tǒng)跑在內核態(tài)，內核態(tài)的程序可以訪問硬件（如內存，進行線程調度等），當用戶態(tài)的程序需要訪問硬件時，就需要向操作系統(tǒng)申請。在CPU硬件上分為ring0 - 1 - 2 -3，應用程序一般跑在ring3級，操作系統(tǒng)跑在ring0級，ring0級的程序可以直接訪問硬件而ring3級不行。

有輕量級鎖和重量級鎖之分，輕量級鎖都是在用戶態(tài)完成的，而重量級鎖需要進過操作系統(tǒng)。

1. CAS

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

CAS并發(fā)原語體現(xiàn)在JAVA語言中就是sun.misc.Unsafe類中的各個方法。調用Unsafe類中的CAS方法，JVM會幫我們實現(xiàn)出CAS的匯編指令(lock cmpxchg指令)。這是一種完全依賴于硬件的功能（鎖總線），通過它實現(xiàn)了原子操作。原語的執(zhí)行必須是連續(xù)的，在執(zhí)行的過程中不允許被中斷，也就是說CAS是一條CPU的原子指令，線程安全。

2.Unsafe類

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

CAS.png

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

缺點：1. 循環(huán)時間長開銷大（如果CAS失敗，會一直進行嘗試）
? 2. 只能保證一個共享變量的原子操作
3. ABA問題

2. synchronized的鎖升級過程

Hotspot的鎖實現(xiàn).png

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1.6中，鎖一共有4中狀態(tài)

• 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)

1. 偏向鎖意義：據(jù)調查，大多數(shù)情況下，鎖總是被同一線程調用，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，一般無競爭狀態(tài)時使用的就是偏向鎖，可以使用-XX:+/-UseBiasedLocking參數(shù)啟用/關閉偏向鎖，默認是開啟的（線程數(shù)多的時候，適合關閉偏向鎖，因為競爭激烈，鎖會升級，關閉后可以省略升級過程，直接使用輕量級鎖）。

偏向鎖加鎖過程：
1）執(zhí)行到monitorenter（使用monitorenter和monitorexit兩個指令實現(xiàn)同步）時，首先檢查鎖標志是否為01（01表示未上鎖）
2）其次檢查偏向鎖位是否為0（0表示無鎖，1表示當前已是偏向鎖）
3）如果檢查成功，通過CAS操作，將Mark Word中的線程ID設置為自己的線程ID，然后將偏向鎖位設置為1
4）如果第二次仍是該線程進入同步區(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入，那么鎖升級
競爭激烈，多個線程同時爭鎖，鎖升級為輕量級鎖
第一個線程進入后設置為偏向鎖，第二次再來的線程不是該線程而是其他線程，鎖升級為輕量級鎖
?偏向鎖是默認啟用的，它會在程序啟動幾秒后才激活，可以通過JVM參數(shù)：-XX:BiasedLockingStartupDelay=0關閉延遲。也可以使用參數(shù):-XX:UserBiasedLocking=false關閉偏向鎖

• 2.輕量級鎖
  加鎖過程：
  1）當某個線程想要占用這把鎖的時候，它會首先在自己的棧（幀）中創(chuàng)建一個鎖記錄（LockRecord）
  2）然后將Mark Word信息復制（hashCode、分代年齡等）到LockRecord中
  3）用CAS操作將Mark Word替換掉LR指針，即將Mark Word中除了標志位外的部分替換成一個指針
  4）指向自己的LockRecord哪個線程替換成功，哪個線程就成功得到了鎖，輕量級鎖自旋次數(shù)超過10（任意一個線程），或者正在自旋的線程超過CPU核數(shù)一半，那么輕量級鎖升級為重量級鎖（jdk1.6以前，jdk1.6以后默認啟動自適應自旋），可以通過-XX:+PreBlockSpin指定自旋次數(shù)。

3.重量級鎖
?因為需要阻塞，并且需要向操作系統(tǒng)級別申請，所以說是重量級。重量級鎖是操作系統(tǒng)來決定由哪個線程來獲得鎖的：（用戶態(tài)到內核態(tài)的訪問）
1）生成或者復用monitor對象
2）Mark Word不再指向LR，而是指向monitor對象
3）線程阻塞，進入_EntryList排隊，由操作系統(tǒng)決定喚醒誰
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對象
?monitor可以理解為一個操作系統(tǒng)級別的互斥變量，當一個線程想要執(zhí)行一段被synchronized圈起來的同步方法或者代碼塊時，該線程得先獲取到synchronized修飾的對象對應的monitor。
在hotSpot虛擬機中，monitor是由ObjectMonitor實現(xiàn)的。其源碼是用c++來實現(xiàn)的

Java代碼里不會顯示地去創(chuàng)造這么一個monitor對象，我們也無需創(chuàng)建，事實上可以這么理解：我們是通過synchronized修飾符告訴JVM需要為我們的某個對象創(chuàng)建關聯(lián)的monitor對象。

鎖升級.png

3.打開偏向鎖效率是否一定提高？為什么？

在明確知道有線程競爭的情況下，因為偏向鎖是存在競爭的，啟動偏向鎖不是一個合適的選擇。默認4s后啟動偏向鎖是因為JVM在啟動的時候一定會產生多線程的競爭。因此默認情況下延遲4s啟動偏向鎖。

4. 如何解決ABA問題

使用AtomicStampedReference，帶有時間戳（版本號）。