java并发编程汇总3：synchronized、volatile、java对象结构、CAS

参考之前写的博客：

Java 并发编程（三）：synchronized、volatile 详解
java对象结构

 

梳理一下整体结构：

1、synchronized关键字（锁：阻塞式、重量级）、对象锁机制monitor；

2、CAS（锁：乐观、非阻塞、无锁）、以及存在的三个问题；

3、Java对象头结构：

• 包含：MarkWord、Klass Word、数组长度、对象体、对齐字；
• Klass Word：JVM通过这个指针确定对象是哪个类的实例。
• MarkWord中锁的四种状态：无锁01、偏向锁01、轻量级锁00、重量级锁10；
• 偏向锁：不需要进行CAS操作来加锁和解锁；
• 轻量级锁：使用CAS将对象头中的Mark Word替换为指向锁记录的指针。如果成功，当前线程获得锁，如果失败，表示其他线程竞争锁，当前线程便尝试使用自旋来获取锁；
• 锁的升级过程：

1. 初期锁对象刚创建时，还没有任何线程来竞争，对象的Mark Word是下图的第一种情形，这偏向锁标识位是0，锁状态01，说明该对象处于无锁状态（无线程竞争它）。
2. 当有一个线程来竞争锁时，先用偏向锁，表示锁对象偏爱这个线程，这个线程要执行这个锁关联的任何代码，不需要再做任何检查和切换，这种竞争不激烈的情况下（准确的说：只有一个线程、没有竞争的情况下），效率非常高。这时Mark Word会记录自己偏爱的线程的ID，把该线程当做自己的熟人。如下图第二种情形。
3. 当有两个线程开始竞争这个锁对象，情况发生变化了，不再是偏向（独占）锁了，锁会升级为轻量级锁，两个线程公平竞争，哪个线程先占有锁对象并执行代码，锁对象的Mark Word就执行哪个线程的栈帧中的锁记录。如下图第三种情形。
4. 如果竞争的这个锁对象的线程更多，导致了更多的切换和等待，JVM会把该锁对象的锁升级为重量级锁，这个就叫做同步锁，这个锁对象Mark Word再次发生变化，会指向一个监视器对象，这个监视器对象用集合的形式，来登记和管理排队的线程。如下图第四种情形。

4、volatile关键字（锁：非阻塞、轻量级）：

• 涉及JMM、happens-before，三大性质：原子、可见、一致；
• volatile的内存语义实现：内存屏障（4种类型）；

• volatile写是在前面和后面分别插入内存屏障，而volatile读操作是在后面插入两个内存屏障；