线程和偏向锁、轻量级锁、重量级锁的知识整理

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参考文章列表：

Java并发编程：Synchronized底层优化（偏向锁、轻量级锁）

轻量级锁、偏向锁、重量级锁详情

偏向锁、轻量级锁、重量级锁、自旋锁原理讲解(推荐看一下)

参考视频：咕泡学院Mic老师的多线程基本原理

主要的内容以下

• 多线程同时执行的安全问题思考
• Synchronized的基本认识
• 思考锁的存储
• Synchronized锁的升级原理
• wait/notify实现线程通讯

多线程同时执行的安全问题思考

若是业务代码逻辑当中，有一个操做须要改变一个常量的值，好比int i = 0, 业务代码当中i须要i++。单线程的状况下，不会出现问题，若是是多线程并发操做i的值，这个时候，i的结果最终是什么？会出现线程的安全问题。这种状况应该怎么解决？

线程的安全性有三种

• 原子性
• * 提供了互斥访问，同一时刻只能有一个线程对它进行操做
• * 实现锁的两种方式：
  1）synchronized：在做用对象的做用范围内，依赖JVM实现操做的原子性。
  2）Lock：依赖特殊的CPU指令，代码实现。
• 可见性
• * 一个线程对主内存的修改能够及时的被其余线程观察到。
• * 具体实现过程：
  1）对volatile变量写操做时，会在写操做后加入一条store屏障指令，将本地内存中的共享变量值刷新到主内存。
  2）对volatile变量读操做时，会在读操做前加入一条load屏障指令，从主内存中读取共享变量。
• 有序性
• * Java内存模型中，容许编译器和处理器对指令进行重排序，但重排序过程不会影响到单线程程序的执行，却会影响到多线程并发执行的正确性。

Synchronized的基本认识

在java当中Synchronized是一种同步锁，也是一种互斥锁，当有一个线程拿到这个锁的时候，其余的线程就拿不到。在jdk1.6之前Synchronized是重量锁，以后作了相关优化，性能有必定的提高。

• Synchronized的基本使用
• * 修饰示例的方法
• * 修饰静态方法
• * 修饰代码块

思考锁的存储

Synchronized锁的存储

• 对象在内存中的布局
• Markword

锁的状态总共有四种

• 无锁状态
• 偏向锁
• 轻量级锁
• 重量级锁

锁的状态总共有四种：无锁状态、偏向锁、轻量级锁和重量级锁。随着锁的竞争，锁能够从偏向锁升级到轻量级锁，再升级的重量级锁（可是锁的升级是单向的，也就是说只能从低到高升级，不会出现锁的降级）。JDK 1.6中默认是开启偏向锁和轻量级锁的，咱们也能够经过-XX:-UseBiasedLocking来禁用偏向锁。锁的状态保存在对象的头文件中，以32位的JDK为例：

锁状态	25bit		4bit	1bit	2bit
	23bit	2bit		是否偏向锁（是否禁用偏向）	锁标志位
无锁态	对象的hashCode		分代年龄	0	01
轻量级锁	指向栈中锁记录的指针				00
重量级锁	指向互斥量（重量级锁）的指针				10
GC标记	空				11
偏向锁	线程ID	Epoch	分代年龄	1	01

这些锁不等同于Java API中的ReentratLock这种锁，这些锁是概念上的，是JDK1.6中为了对synchronized同步关键字进行优化而产生的的锁机制。这些锁的启动和关闭策略能够经过设定JVM启动参数来设置，固然在通常状况下，使用JVM默认的策略就能够了。

偏向锁

通俗的讲，偏向锁就是在运行过程当中，对象的锁偏向某个线程。即在开启偏向锁机制的状况下，某个线程得到锁，当该线程下次再想要得到锁时，不须要再得到锁（即忽略synchronized关键词），直接就能够执行同步代码，比较适合竞争较少的状况。

轻量级锁

轻量级锁不是用来替代传统的重量级锁的，而是在没有多线程竞争的状况下，使用轻量级锁可以减小性能消耗，可是当多个线程同时竞争锁时，轻量级锁会膨胀为重量级锁。

重量级锁

即当有其余线程占用锁时，当前线程会进入阻塞状态。

wait/notify实现线程通讯

wait：释放锁，阻塞线程notify：唤醒一个线程