Java并发机制的底层实现原理基于《java并发编程的艺术》整理便于以后复习
详细知识点可在书中查阅
volatilesynchronizedLock原子操作的实现
volatilevolatile相当于轻量级的synchronized，作用是在多处理器下保证数据的可见性，如果使用得当，会比synchronized的执行成本更低，因为它不会引发线程上下文切换和调度。
volatile修饰的变量就是告知系统，任何对此变量的操作都需要从共享内存中获取，而对他的改变则必须刷新回共享内存中，保证所有线程对共享变量访问的可见性。
volatile的两个实现原则
- Lock前缀指令会引起处理器缓存回写到内存，保证缓存的一致性。一个处理器的缓存回写到内存中，会导致其他处理器的内存无效。
synchronized在1.6以前是重量级锁的所在，在1.6之后为了减少获得锁和释放锁带来的开销，增加了偏向锁和轻量级锁。
Java中每一个对象都可以作为锁，具体表现是：
普通同步方法是锁当前对象。静态同步方法是锁当前类对象。同步方法块是锁括号内的对象。
synchronized实现与monitor指令有关，monitorenter指令在编译后插入到同步代码块的开始位置，monitorexit指令则插入到方法结束出或者异常处。synchronized用的锁存在于对象头的Mark
Word中。
锁升级和对比
1. 偏向锁锁四种状态：无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态、重量级锁状态。
锁只能随着竞争升级而升级，但不能降级，目的是为了提高获得锁和释放锁的效率。
2. 轻量级锁偏向锁存在于Java对象头和方法的栈帧中，一个线程访问当前的同步代码块获得锁时，会在对象头和栈帧中记录此线程的ID，这就是偏向锁。
以后此线程访问和退出时，都无需进行CAS操作来加锁和解锁，只需要检测一下Mark Word中的偏向锁是否偏向此线程。
如果测试成功，则不用获得锁；如果测试失败，此线程还需要测试Mark Word中的偏向锁标识是否为1，如果为1，则尝试用CAS将对象头的偏向锁指向当前线程，否则通过CAS竞争锁。
线程访问同步代码块之前，JVM会先在栈帧中创建用于存储锁记录的空间，并将对象头中的Mark Word复制过去。
然后尝试使用CAS将对象头中的Mark Word替换成指向锁记录的指针。
失败了代表要竞争此资源，当前线程会自旋来获取锁。轻量级锁出现在少量线程访问同步代码块并且执行时间比较短，没必要使用重量级锁，自旋获取锁会带来CPU的额外开销。
3. 锁对比轻量级锁解锁时，会将之前复制过去的对象头替换回此对象头的Mark Word。如果成功，表示没有竞争；失败了锁就会变成重量级锁。
| 锁 | 优点 | 缺点 | 适用于的场景 |
|---|---|---|---|
| 偏向锁 | 加锁和解锁开销比较小，执行速度相当于无锁级别的 | 当线程多时，会因为偏向锁带来额外的开销 | 线程几乎只有一个 |
| 轻量级锁 | 减少了上下文切换所带来的开销，竞争的线程不会堵塞，减低了线程的响应时间 | 自旋获取锁给CPU带来了压力，增加了CPU的开销 | 线程少量，并且同步代码块执行时间短 |
| 重量级锁 | 线程不会自旋，减少了CPU的消耗，保证了线程的执行安全 | 线程堵塞，导致了线程响应时间过长 | 追求吞吐量，同步代码块执行时间较长 |
ReentrantLock
Java中两个独占锁，ReentrantLock和synchronized，虽然性能上没有太大的区别，但是ReentrantLock的功能更加强大。
ReentrantLock 将由最近成功获得锁，并且还没有释放该锁的线程所拥有。ReentrantLock的实现依赖于AbstractQueueSynchronizer（AQS）。
公平锁加锁：
- ReentrantLock:lock() ;FairSync:lock() ;AbstractQueueSynchronizer:acquire(int arg) ;ReentrantLock:try Acquire(int acquires) ;
解锁：
- ReentrantLock:unlock() ;AbstractQueueSynchronizer:release(int arg)Sync:tryRelease(int releases) ;
ReentrantLock和Synchronized对比
| ReentrantLock | Synchronized | |
|---|---|---|
| 锁实现机制 | 依赖AQS | 监视器模式 |
| 灵活性 | 支持响应中断、超时、尝试获取锁 | 不灵活 |
| 释放形式 | 显示调用unlock()释放锁 | 自动释放监视器 |
| 锁类型 | 公平锁和非公平锁 | 非公平锁 |
| 条件队列 | 可关联多个条件队列 | 只关联一个同步队列 |
| 可重入性 | 可重入 | 可重入 |
jav使用锁和循环CAS的方式实现原子操作
- CAS操作
compareAndSwap的缩写，CAS属于乐观锁，乐观锁是假定冲突不会发生，如果发生冲突了，那就重试直到成功。synchronized、ReentrantLock、Atomic开头的原子类，底层都用到了CAS。CAS底层使用的是JNI调用C代码实现的，CAS需要在操作值的时候检查下值有没有发生变化，如果没有发生变化则更新。比较且替换指的是当前状态值和预估值相同，则以原子方式将同步状态设置为给定的更新值。
CAS存在三大问题
ABA问题循环时间长开销大只能保证一个共享变量的原子操作，可以考虑把多个变量合成，或者使用锁
- 使用锁。
偏向锁，轻量级锁和互斥锁。除了偏向锁，其他实现锁的方式都使用了循环CAS获得和释放锁
