第二章：Java并發(fā)機(jī)制的底層實(shí)現(xiàn)原理

• Java代碼在編譯之后會(huì)生成字節(jié)碼文件，也就是.class文件。class文件經(jīng)過類加載器的加載到JVM中，JVM解釋字節(jié)碼文件，最終轉(zhuǎn)化為匯編指令在CPU上執(zhí)行。Java中所使用的并發(fā)機(jī)制依賴于JVM的實(shí)現(xiàn)和CPU的指令

2：volatile

• 保證了所有變量的內(nèi)存可見性
• 修改完之后，就會(huì)立即寫入內(nèi)存，并且告訴各個(gè)CPU中的緩存失效
• 匯編指令：LOCK
  • 將當(dāng)前的緩存行寫入內(nèi)存中
  • 鎖總線，或者是鎖緩存
  • 告訴其他的COU緩存的數(shù)據(jù)無效

3：synchronized

1：鎖的對(duì)象

• 普通的同步方法，鎖的是該實(shí)例
• static靜態(tài)方法，鎖的是class對(duì)象
• 同步方法塊，鎖的是括號(hào)中的對(duì)象

2：原理

• JVM基于進(jìn)入和退出monitor對(duì)象來實(shí)現(xiàn)方法同步和代碼塊進(jìn)行同步。代碼塊的同步時(shí)使用monitorenter和monitorexit指令進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的，但是方法的同步不是。
• monitorenter指令是在編譯后插入到同步代碼塊開始的位置，monitorexit是在方法結(jié)尾的地方，當(dāng)有一個(gè)monitor被持有的時(shí)候，他就會(huì)處于鎖定的狀態(tài)。線程執(zhí)行到monitor的時(shí)候，就會(huì)嘗試獲得對(duì)象所持有的鎖。

3：Java對(duì)象頭

• mark word 對(duì)象頭
  • hashcod GC年齡 鎖（一位是偏向鎖，兩位鎖的標(biāo)志）
  • 偏向鎖：線程ID + Epoch + GC年齡 + 1 + 01
    • Epoch表示重偏向了幾次，記錄偏向鎖被撤銷的次數(shù)，當(dāng)次數(shù)達(dá)到閾值的時(shí)候，就不會(huì)分配偏向鎖。
  • 輕量級(jí)鎖：指向棧中鎖記錄的指針 + 00
  • 重量級(jí)鎖：指向互斥量的指針 + 10
  • GC標(biāo)記：空 + 11
• 存儲(chǔ)該對(duì)象類型數(shù)據(jù)的指針

4：鎖的升級(jí)

• 偏向鎖
  • 對(duì)象頭和鎖記錄中存放偏向的線程ID
• 輕量級(jí)鎖
  • JVM會(huì)在當(dāng)前的線程棧中創(chuàng)建用于存儲(chǔ)鎖記錄的空間，并將對(duì)象頭中的mark word復(fù)制到鎖記錄中，即displaced mark word。
  • 然后線程進(jìn)行CAS將對(duì)象頭中的mark word替換為指向鎖記錄的指針，如果成功，當(dāng)前的線程獲得鎖。
• 重量級(jí)鎖
  • 線程堵塞，響應(yīng)時(shí)間緩慢

5：實(shí)現(xiàn)原子操作

• 總線加鎖

  • 處理器提供一個(gè)LOCK信號(hào)，當(dāng)一個(gè)處理器在總線上輸出此信號(hào)的時(shí)候，其他處理器的請(qǐng)求將會(huì)被阻塞，該處理器可以獨(dú)占共享內(nèi)存

• 緩存鎖

  • 寫回的時(shí)候，不再發(fā)送LOCK信號(hào)，而是修改內(nèi)部的內(nèi)存地址，并通過緩存一致性的機(jī)制來保證操作的原子性。阻止兩個(gè)以上的CPU同時(shí)修改自己的緩存信息
    • 數(shù)據(jù)不能被緩存在處理器內(nèi)部的時(shí)候，或者是跨多個(gè)緩存行的時(shí)候，就不能使用緩存鎖
    • 有一些處理器不支持緩存鎖定

6：Java實(shí)現(xiàn)原子操作

• CAS
  • CAMXCHG
  • 三大問題
    • ABA
    • 循環(huán)性能問題
    • 只能改變單個(gè)變量
• 鎖機(jī)制

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的并发编程的艺术：第二章的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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