锁与原子操作的底层原理

偏向锁

在一个系统当中，大部分时间都不存在并发问题，但频繁的加锁释放锁又会占用大量系统资源。因此为了让线程获得锁的代价更低而引入了偏向锁。

获得偏向锁

1）检查该锁是否被当前线程持有

2）通过CAS操作修改对象头

3）将MarkWord中的线程ID指向当前线程

撤销偏向锁

1）其他线程检查该锁是否被当前线程持有

2）通过CAS操作修改对象头，失败

3）暂停偏向锁线程

4）将MarkWord中的线程ID置为空

5）恢复线程

关闭偏向锁

XX:-UseBiasedLocking=false

锁升级锁膨胀

当线程持有偏向锁的时候，如果还有其他线程去竞争该锁，锁就会升级为轻量级锁。

当线程通过自旋方式获得锁超过10次后，就会转换为重量级锁。

Displaced Mark Word：JVM在当前线程的栈桢中创建用于存储锁记录的空间，并将存有对象头中的MarkWord复制到锁记录中。

轻量级锁加锁

1）创建Displaced Mark Word并将MarkWord复制到锁记录中

2）尝试用CAS操作将对象头中的MarkWord设置为指向Displaced Mark Word的指针

3）失败后，则通过自旋方式获得锁

重量级锁加锁

1）轻量级锁解锁后，尝试持有锁

2）失败一定次数后，修改为重量级锁，并阻塞当前线程

锁的优缺点的对比

原子操作实现方式

总线锁

总线锁 就是使用 处 理器提供的一个LOCK＃信号，当一个 处 理器在 总线 上 输 出此信号 时 ，其他 处 理器的 请 求将被阻塞住，那么 该处理器可以独占共享内存。

缓存锁

缓存锁是锁定缓存行对应的内存空间，当在LOCK锁定期间，由于缓存一致性协议，其他线程修改被锁定的内存空间时，会使回写的数据无效。

1）当操作的数据不能被 缓 存在 处 理器内部，或操作的数据跨多个 缓 存行（cache line ） 时 ， 则处 理器会 调 用 总线锁 定。

2）有些 处 理器不支持 缓 存 锁 定。 对 于 Intel 486 和 Pentium 处 理器，就算 锁 定的内存区域在处 理器的 缓 存行中也会 调 用 总线锁 定。

CAS

利用了处理器提供的CMPXCHG指令实现。

ABA问题

当线程在修改时，其他线程将要修改的值修改后又修改为了原值，CAS检查后会发现值并未修改，但是事实是已经修改了。

解决方法：

1）使用版本号

2）使用布尔变量

循环时间长开销大

CAS 如果 长时间 不成功，会 给 CPU 带 来非常大的 执 行开 销

一次只能修改一个共享变量

JDK 提供了 AtomicReference 类 来保 证 引用 对 象之 间 的原子性，就可以把多个 变 量放在一个 对象里来进 行 CAS 操作