java锁

本文详细介绍了JVM中锁的升级过程,包括线程自旋、偏向锁、轻量级锁及重量级锁的概念与转换流程。通过具体步骤解释了不同锁状态下线程间如何竞争共享资源。

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32位JVM的Mark Word的默认存储结构如下: 

64位JVM下, Mark Word是64bit大小的,存储结构如下: 

参考:https://www.cnblogs.com/charlesblc/p/5994162.html

每一个线程在准备获取共享资源时: 
第一步,检查MarkWord里面是不是放的自己的ThreadId ,如果是,表示当前线程是处于 “偏向锁” 
第二步,如果MarkWord不是自己的ThreadId,锁升级,这时候,用CAS来执行切换,新的线程根据MarkWord里面现有的ThreadId,通知之前线程暂停,
之前线程将Markword的内容置为空。 第三步,两个线程都把对象的HashCode复制到自己新建的用于存储锁的记录空间,接着开始通过CAS操作
把共享对象的MarKword的内容修改为自己新建的记录空间的地址的方式竞争MarkWord, 第四步,第三步中成功执行CAS的获得资源,失败的则进入自旋 第五步,自旋的线程在自旋过程中,成功获得资源(即之前获的资源的线程执行完成并释放了共享资源),则整个状态依然处于 轻量级锁的状态,如果自旋失败 第六步,进入重量级锁的状态,这个时候,自旋的线程进行阻塞,等待之前线程执行完成并唤醒自己


线程自旋:  当一个Thread获取锁时,先尝试自旋(执行一段耗时很短的代码)
偏向锁: 当只有一个Thread竞争资源时使用偏向锁,把Thread id信息执行CAS到对象的markword中;
轻量级锁:当有两个Thread竞争锁时,新Thread获取MarkWord中的ThreadId,发现不是自已,锁升级,通知旧Thread暂停,将旧Thread中的MarkWord内容设置为空.两个线程重新竞争锁;
将共享对象的HashCode分别放入各自线程用于存储锁的记录空间,通过CAS操作,奖共享对象的MarkWord内容修改为自已新建记录空间的地址,谁先修改谁获取轻量锁;
重量级锁:
当轻量锁获取锁失败时进入自旋,当自旋成功,整个锁状态一直处于轻量锁,如果自旋失败;进入重量级锁的状态,自旋的线程阻塞,等待之前的线程执行完并唤醒自已;

JVM启用偏向锁:-XX:UseBiasedLocking,默认JVM启动5秒后生效,可以通过加上-XX:BiasedLockingStartupDelay=N配置生效延迟时间.


内容概要:本文详细探讨了杯形谐波减速器的齿廓修形方法及寿命预测分析。文章首先介绍了针对柔轮与波发生器装配时出现的啮合干涉问题,提出了一种柔轮齿廓修形方法。通过有限元法装配仿真确定修形量,并对修形后的柔轮进行装配和运转有限元分析。基于Miner线性疲劳理论,使用Fe-safe软件预测柔轮寿命。结果显示,修形后柔轮装配最大应力从962.2 MPa降至532.7 MPa,负载运转应力为609.9 MPa,解决了啮合干涉问题,柔轮寿命循环次数达到4.28×10⁶次。此外,文中还提供了详细的Python代码实现及ANSYS APDL脚本,用于柔轮变形分析、齿廓修形设计、有限元验证和疲劳寿命预测。 适合人群:机械工程领域的研究人员、工程师,尤其是从事精密传动系统设计和分析的专业人士。 使用场景及目标:①解决杯形谐波减速器中柔轮与波发生器装配时的啮合干涉问题;②通过优化齿廓修形提高柔轮的力学性能和使用寿命;③利用有限元分析和疲劳寿命预测技术评估修形效果,确保设计方案的可靠性和可行性。 阅读建议:本文涉及大量有限元分析和疲劳寿命预测的具体实现细节,建议读者具备一定的机械工程基础知识和有限元分析经验。同时,读者可以通过提供的Python代码和ANSYS APDL脚本进行实际操作和验证,加深对修形方法和技术路线的理解。
07-15
### Java 机制详解 Java 中的机制是实现多线程同步和保障线程安全的重要技术基础,广泛应用于并发编程中。的主要作用在于控制多个线程对共享资源的访问,防止数据竞争和不一致状态的出现。Java 提供了多种机制,开发者可以根据不同场景选择合适的类型来实现并发控制[^1]。 #### synchronized 关键字 `synchronized` 是 Java 中最基础的同步机制,可用于方法或代码块,确保同一时间只有一个线程可以执行特定代码。其使用方式包括: - **同步方法**:通过在方法声明中添加 `synchronized` 修饰符,使得调用该方法的线程必须获取对象。 - **同步代码块**:通过 `synchronized(object)` 指定对象,控制对特定代码块的访问。 ```java public class SynchronizedExample { private int count = 0; public synchronized void increment() { count++; } public void decrement() { synchronized (this) { count--; } } } ``` 该机制是隐式的可重入,即同一个线程在持有的情况下可以再次进入同步代码块或方法,而不会导致死,这一特性提升了并发程序的稳定性[^3]。 #### Lock 接口及其实现类 Java 并发包 `java.util.concurrent.locks` 提供了 `Lock` 接口,它比 `synchronized` 提供了更灵活的机制,允许尝试获取、超时、响应中断等操作。其中最常用的实现类是 `ReentrantLock`,它同样支持可重入特性,并提供了比 `synchronized` 更强的控制能力。 ```java import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; public class ReentrantLockExample { private final Lock lock = new ReentrantLock(); private int count = 0; public void increment() { lock.lock(); try { count++; } finally { lock.unlock(); } } } ``` 与 `synchronized` 不同的是,`ReentrantLock` 需要显式调用 `lock()` 和 `unlock()` 方法,并建议在 `finally` 块中释放以确保的释放[^4]。 #### 读写(ReadWriteLock) `ReadWriteLock` 是一种特殊的机制,适用于读多写少的场景。它允许一个资源可以被多个读线程同时访问,但写线程独占资源。Java 提供了 `ReentrantReadWriteLock` 实现,支持读写分离,提高了并发性能。 ```java import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock; public class ReadWriteLockExample { private final ReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock(); private int data = 0; public void readData() { rwLock.readLock().lock(); try { System.out.println("Reading data: " + data); } finally { rwLock.readLock().unlock(); } } public void writeData(int value) { rwLock.writeLock().lock(); try { data = value; System.out.println("Data updated to: " + data); } finally { rwLock.writeLock().unlock(); } } } ``` 该机制在高并发读取场景下,如缓存系统,可以显著提升性能[^2]。 #### StampedLock `StampedLock` 是 Java 8 引入的一种更高效的读写实现,它支持乐观读(Optimistic Reading),在读操作不频繁发生冲突时,可以避免阻塞,从而提升性能。相较于 `ReentrantReadWriteLock`,`StampedLock` 更加复杂,但也更适用于高并发读场景。 ```java import java.util.concurrent.locks.StampedLock; public class StampedLockExample { private final StampedLock stampedLock = new StampedLock(); private double x, y; public void move(double deltaX, double deltaY) { long stamp = stampedLock.writeLock(); try { x += deltaX; y += deltaY; } finally { stampedLock.unlockWrite(stamp); } } public double distanceFromOrigin() { long stamp = stampedLock.tryOptimisticRead(); double currentX = x; double currentY = y; if (!stampedLock.validate(stamp)) { stamp = stampedLock.readLock(); try { currentX = x; currentY = y; } finally { stampedLock.unlockRead(stamp); } } return Math.sqrt(currentX * currentX + currentY * currentY); } } ``` 该机制在读取操作频繁但写入较少的场景下表现优异,适合用于高性能并发系统[^4]。 #### 乐观与悲观 Java 中的机制还可根据的行为分为乐观和悲观。乐观假设冲突较少,仅在提交更新时检查冲突,适用于读多写少的场景;而悲观则假设冲突频繁,因此每次访问数据时都加。`StampedLock` 的乐观读是乐观的一个典型实现,而 `synchronized` 和 `ReentrantLock` 则属于悲观的范畴[^2]。 --- ###
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