Java并发机制的底层实现原理

volatile的定义与实现原理

    先了解CPU的术语：内存屏障、缓冲行、原子操作、缓冲行填充、缓存命中、写命中、写缺失

    可见性：java线程内存模型确保所有线程看到这个变量的值是一致的

    Lock前缀的指令在多核处理器会引发两件事情：

    1）将当前处理器缓存行的数据

    2）写回操作会使在其他CPU里缓存了该内存地址的数据无效

volatile的使用优化

    追加64字节能够提高并发编程的效率：避免头节点和尾节点加载到同一个缓存行，使头、尾节点在修改时不会互相锁定

    以下两种方式不应该使用追加64字节：

                1）缓存行非64字节宽的处理器

                2）共享变量不会被频繁地写（锁的几率小）

synchronized的实现原理与应用

    synchronized有以下3种形式：

                1.普通同步方法，锁是当前实例对象

                2.静态同步方法，锁的是当前类的class对象

                3.对于同步方法块，锁是synchronized括号里配置的对象

   同步方法块用monitorenter与monitorexit指令实现，一个对象与一个monitor相关联，被持有后处于锁定状态。线程执行到时，尝试获取此monitor的所有权，即尝试获的对象的锁。

java对象头

    synchronized用的锁是存在java对象头的，如果对象是数组类型，虚拟机用3个字宽存储对象头，非数组用2个字宽。

锁的分级与对比

    锁有4种状态：无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态、重量级锁状态，级别只能从低到高

   只有一个线程时，无竞争关系，用偏向锁

   

   轻量级锁加锁和解锁

原子操作的实现原理

了解术语：比较和交换、CPU流水线、内存顺序冲突（假共享：多个cpu修改同一缓存行的不同部分引起一个cpu修改失效。cpu必须清空流水线）

处理器实现原子操作：

    1）使用总线锁保证原子性

    2）使用缓存锁保证原子性

    第二种不适用的情况：

    1）操作的数据不能缓存在处理器内部，或操作的数据跨多个缓存行

    2）有些处理器不支持缓存锁定

CAS实现原子操作的三大问题

    1）ABA问题。可能之前变换有换回来了。解决思路是版本号。JDK的Atomic包提供了一个类AtomicStampedReference来解决，对比预期标志和预期引用

    2）循环时间长，开销大

    3）只能保证一个共享变量的原子操作

使用锁机制实现原子操作（除了偏向锁之外，jvm实现锁的机制都用了循环CAS