引入

CAS

lock cmpxchg在硬件層面實(shí)現(xiàn)：在操作過(guò)程中不允許被其他CPU打斷，避免CAS在寫數(shù)據(jù)的時(shí)候被其他線程打斷，相比操作系統(tǒng)級(jí)別的鎖，效率要高很多。
加鎖才能讓多線程的訪問(wèn)變?yōu)樾蛄谢?/p>

用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)

對(duì)于操作系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，普通程序希望操作硬件，需要進(jìn)行申請(qǐng)。所有指令可以直接被操作系統(tǒng)內(nèi)核直接訪問(wèn)，而用戶進(jìn)程想要訪問(wèn)硬件資源，需要通過(guò)操作系統(tǒng)才能訪問(wèn)。

內(nèi)核態(tài)：執(zhí)行在內(nèi)核空間，能夠訪問(wèn)所有指令
用戶態(tài)：只能訪問(wèn)用戶能夠訪問(wèn)的指令

linux內(nèi)核工作在ring0，用戶進(jìn)程工作在ring3

syncronized的升級(jí)：不同于早期，有時(shí)候只需要在用戶態(tài)進(jìn)行操作，不需要經(jīng)過(guò)內(nèi)核態(tài)。
int 0x80 向OS申請(qǐng)一個(gè)中斷的調(diào)用

markword

工具：JOL=Java Object Layout，添加 Maven 依賴：

對(duì)象的內(nèi)存布局：當(dāng)new出一個(gè)對(duì)象之后，這個(gè)對(duì)象在內(nèi)存是怎么分布的？
我們來(lái)看HotSpot的實(shí)現(xiàn)。

要求對(duì)象8字節(jié)對(duì)齊（對(duì)象大小字節(jié)數(shù)必須是8的整數(shù)倍，如果不是，補(bǔ)4個(gè)空字節(jié)）

8字節(jié)markword
4字節(jié)classpointer（默認(rèn)）
4字節(jié)instance data（用于存儲(chǔ)成員變量）

…關(guān)于類方法，方法放在虛方法表里，那是另外一個(gè)實(shí)現(xiàn)了。

那么，synchronized 做了什么事？

結(jié)論：鎖信息被記錄在了markword里面

JDK8 markword實(shí)現(xiàn)表：

鎖升級(jí)初步

輕量級(jí)鎖也叫自旋鎖

偏向鎖

前提：
StringBuffer是同步的
多數(shù)代碼段在實(shí)際運(yùn)行時(shí)只有一個(gè)線程，所以沒有必要設(shè)計(jì)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制。

偏向鎖
沒有必要設(shè)計(jì)鎖競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制時(shí)，只是把第一個(gè)訪問(wèn)的線程的id寫到markword中，而不去真正的加鎖

自旋鎖
偏向鎖時(shí)，有人來(lái)競(jìng)爭(zhēng)鎖了，現(xiàn)在操作系統(tǒng)把偏向鎖撤銷，進(jìn)行自旋鎖（輕量級(jí)鎖）競(jìng)爭(zhēng)。
競(jìng)爭(zhēng)方式：每個(gè)人在自己的線程內(nèi)部生成一個(gè)自己LR（Lock Record鎖記錄），兩個(gè)線程通過(guò)自己的方式嘗試將 LR 寫門上，競(jìng)爭(zhēng)成功的開始運(yùn)行，競(jìng)爭(zhēng)失敗的一直自旋等待。

重量級(jí)鎖
當(dāng)必須加鎖時(shí)，markword中記錄的是objectmonitor（JVM用C++寫的一個(gè)Object）

class文件的字節(jié)碼

monitorenter（sync開始時(shí)）
monitorexit（sync完成或發(fā)生異常）

鎖重入

synchronized是可重入鎖（在未解鎖的情況下，可以多次被加鎖）。
用來(lái)滿足子類和父類都是sync的情況。
重入次數(shù)必須記錄，因?yàn)橐怄i幾次必須要對(duì)應(yīng)。

偏向鎖實(shí)現(xiàn)：記錄在線程棧里，自旋鎖->線程棧->每重入一次，LockRecord+=1

重量鎖實(shí)現(xiàn)：驚動(dòng)了操作系統(tǒng)，記錄在ObjectMonitor字段上

輕量級(jí)鎖什么時(shí)候升級(jí)為重量級(jí)鎖

什么是偏向鎖啟動(dòng)/未啟動(dòng)

為什么有自旋鎖，還需要有重量級(jí)鎖？
自旋是占用CPU時(shí)間，消耗CPU資源的。如果鎖的時(shí)間長(zhǎng)或者自旋線程多，CPU資源會(huì)被大量消耗。這是不劃算的。在這種情況下，升級(jí)為重量級(jí)鎖。重量級(jí)鎖中有等待隊(duì)列，拿不到鎖的進(jìn)入等待隊(duì)列，不需要消耗CPU資源（比如競(jìng)爭(zhēng)隊(duì)列、執(zhí)行隊(duì)列、等待隊(duì)列waitset）

偏向鎖是否一定比自旋鎖效率高？
不一定。在明確知道一個(gè)資源會(huì)有多線程競(jìng)爭(zhēng)的情況下，偏向鎖肯定會(huì)涉及鎖撤銷。這時(shí)候應(yīng)給直接使用自旋鎖。
JVM啟動(dòng)過(guò)程，會(huì)有很多線程競(jìng)爭(zhēng)（明確知道），所以默認(rèn)情況，JVM啟動(dòng)時(shí)不打開偏向鎖（默認(rèn)時(shí)延4秒）。一段時(shí)間之后再打開。可以使用Thread.sleep(5000);之后再new對(duì)象驗(yàn)證

普通對(duì)象 怎么直接到 偏向鎖？

批量重偏向與批量鎖撤銷

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的【Java】什么是CAS、synchronized升级概述、偏向锁/轻量级锁详解 - 笔记的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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