并发三要素
原子性：不可被中断的一个或一系列操作
可见性： 当一个线程修改一个共享变量时，另一个线程能读到修改的值
有序性：
volatile应用
volatile 可见性
volatile instance = new Singleton()
//汇编指令
movb $0x0 , 0x1104800(%esi)
lock addl $0x0 ,(%esp)
Lock前缀多处理器效果
1、将当前处理器缓存行的数据写回系统内存
2、这个写回内存的操作会使其他CPU里缓存了该地址数据无效
synchronized 重量级锁
jvm基于进入和退出Monitor对象来实现方法同步和代码块同步
指令 monitorenter 开始
指令 monitorexit 结束 异常处
任何对象都有一个monitor与之关联，当一个monitor被持有，处于锁定状态
用法
public class SyncDemo {
Object A = new Object();
public synchronized void method() {
System.out.println( "锁是当前实例对象" );
}
public synchronized static void method1() {
System.out.println( "锁是当前类Class" );
}
public void method2() {
synchronized (A) {
System.out.println( "锁是synchronized配置对象" );
}
}
public static void main(String[] args){
SyncDemo demo = new SyncDemo();
demo.method();
demo.method2();
SyncDemo.method1();
}
}
java对象头
1byte = 8bit
1word(字宽) = 4 byte = 32bit
java对象头
对象头
-
1 大小
数组类型 3 word
非数组类型 2 word （相差arraylength） -
对象头包含 MarkWord ，Address ,length
Mark Word结构
Mark Word结构
运行期间，Mark Word存储数据会随着锁标志位变化而变化
锁标志位决定存储数据
锁的升级与对比
减少获得锁和释放锁带来性能消耗，引入“偏向锁”和“轻量级锁”
锁的级别：无锁状态 < 偏向锁状态 < 轻量级锁状态 < 重量级锁状态
锁可以升级，但不能降级
偏向锁
同一线程多次获得锁，采用代价更低偏向锁。
偏向锁thread ID 在Mark Word标记
1、第一次进入同步块，Mark Word记录偏向锁thread ID
2、下次进入test Thread ID 成功 获得锁，失败 升级为CAS
偏向锁撤销
等待竞争出现才释放锁的机制。所以当其他线程尝试竞争偏向锁时，持有偏向锁的线程才会释放锁，偏向锁的撤销，需要等待全局安全点。
tip:偏向锁是java 6 7默认启用，应用程序启动存在几秒延时。
关闭延时: -XX:BiasedLockingStartupDelay=0
关闭偏向锁：-XX:-UseBiasedLocking=false,默认进入轻量级锁状态
轻量级锁
Displaced Mark Word: 对象头Mark Word 复制到线程栈帧锁记录
加锁：尝试使用CAS将对象头Mark Word指向锁记录指针，成功获得锁，失败使用自旋锁
解锁：使用CAS操作将Displaced Mark Word替换回到对象头，成功，表示没有竞争发生，失败存在锁竞争，升级为重量级锁
锁的优缺点比较
锁的优缺点比较
原子操作实现原理
CAS(Compare And Swap)
- 1、总线锁定保证原子性
多处理器同时对共享变量进行读改写操作（非原子操作）,操作完之后共享变量值会和预期不一样
eg:
i++
处理器提供LOCK#信号，当一个处理器在总线上输出此信号时，其他处理器请求将被阻塞住，该处理器可以独占共享内存
总线锁是将CPU和内存之间通信锁定，锁定期间，其他CPU不能操作其他内存数据，总线锁开销比较大
- 2、缓存锁定保证原子性
同一时刻，只需要对某个内存地址操作原子性即可
缓存一致性机制保证原子性
阻止两个以上处理器对缓存操作
其他处理器回写已锁定缓存，会使缓存行失效
lock前缀指令
修改指令：BTS、BTR、BTC
交换指令：XADD、CMPXCHG
逻辑指令：ADD、OR
- 3、其他两种情况不能采用缓存锁定
1、操作数据不能被缓存处理器内部，或者操作数据跨多个缓存行(cache line)
2、不支持缓存锁定
java如何实现原子操作
通过锁和循环CAS的方式实现原子操作
- 1、循环CAS
jvm 中CAS操作利用CMPXCHG指令实现
private AtomicInteger atomicI = new AtomicInteger( 0 );
//循环CAS
public void safeCount() {
for (; ; ) {
int i = atomicI.get();
//cas 期望值 更新值
boolean suc = atomicI.compareAndSet( i, ++i );
if (suc)
break;
}
}
CAS三大问题
1、ABA问题：解决问题，使用版本号，在变量前追加版本号
AtomicStampedReference
A->B->A => 1A->2B->3A
ABA解决方案
private AtomicStampedReference<Integer> atomicStampedRef = new AtomicStampedReference<Integer>( 0,0 );
public void safeABACount() {
for (;;){
//当前值
int ref = atomicStampedRef.getReference();
//版本
int stamp = atomicStampedRef.getStamp();
boolean suc = atomicStampedRef.compareAndSet( ref, ++ref, stamp, stamp + 1 );
System.out.println( suc + " ref = " + ref + " stamp = " + stamp );
if (suc)
break;
}
}
此处存在疑惑
ABA解决方案问题：stamp 版本号上限128 超过之后报错
只能作为解决方案思路
2、循环时间开销大
3、只能保证一个共享变量原子操作
- 2、锁机制实现原子操作
偏向锁、轻量级锁、互斥锁，除偏向锁外，实现原理均采用循环CAS
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