第二章 java并发机制的底层实现原理

序言

java 代码在编译后会变成java字节码，字节码被类加载器加载到jvm里，jvm执行字节码，最终需要转化为汇编指令在cpu上执行，java中所使用的并发机制依赖于jvm的实现和cpu的指令，本章我们将深入底层一起探索java并发机制的底层实现原理

volatile的应用

volatile 是轻量级的synchronized，它在多处理器开发中保证了共享变量的可见性和有序性，可见性的意思是当一个线程修改一个共享变量时，另外一个线程能读到这个修改的值，它比synchronized执行成本更低，没有上下文切换与调度

• 共享变量可见性实现原理
  使用缓存锁，对进行操作缓存进行锁定，操作完之后，再写到内存，这是其他处理器的缓存会变为无效，下次访问内存，会重新读取最新的值
• 共享变量有序性
  在 JVM 底层 volatile 是采用“内存屏障”来实现的。带有volatile关键字时，会多出一个lock前缀指令，lock前缀指令实际上相当于一个内存屏障，来实现指令有序性（这个后面章节会详细讲解）

synchronized的实现原理与应用

synchronized在并发编程中，应该说是元老级人物，很多人也称呼它为重量级锁，但在java1.6中进行了优化，引入偏向锁、轻量级锁

• 底层原理
  monitorenter 指令是在编译后插入到同步代码块的开始位置，而monitorexit是插入到方法结束和异常处，jvm要保证每个monitorenter必须有对应的monitorexit与之配对，任何对象都有一个monitor关联，当且一个monitor被持有后，它将处于锁定状态，线程执行到monitorenter指令是，将会尝试获取对象锁对应monitor的所有权，即尝试获取锁。

• java对象头
  synchronized用的锁是存在java对象头里面，对象头里面的Mark word 存储对象的hashcode 、分代年龄和锁标记位
  

• 锁的升级

大多数情况，锁不仅不存在多线程竞争，总是由同一个线程获取，这时获得锁就是偏向锁。
如果遇到线程的竞争，偏向锁就会释放，变为轻量级锁，当出现有自旋，长时间获取不到，就变为重量级锁

原子操作的实现与原理

java 是通过CAS方式实现原子操作
CAS：就是循环比较期望值与旧值，是否相等，相等则进行替换，不相等就一直循环尝试替换。

• 注意

ABA问题：在cas方式操作值的时候，有可能出现，线程A与线程B，线程A对变量i=100进行修改200，再修改为100，那么线程B再修改A时发现，还是原来100，就会进行修改，这时就会出现了ABA问题
案例：假设你有存款1000元，你去银行转账500，转账成功了，但不小心又点一次次转账的之前，有人给你转了500，因为发现存款是1000，没有扣500，所以第二次误点转账也会成功（可能此案例不符合生活场景）。
为了解决这问题，每次转账都加一个版本号来区分是否原来的金额。