13.2.2 线程安全的实现方法

　　同步：保障线程安全的一种手段，多线程并发访问共享数据时，保证共享数据在同一时刻只被一条（或一些）线程使用。

　　1. 互斥同步：互斥是实现同步的一种手段。比如synchronized关键字，Lock接口的实现。synchronized是一个重量级锁，阻塞和唤醒线程涉及到用户态和内核态的切换

　　2. 非阻塞同步：互斥同步面临的问题是阻塞和唤醒带来的性能的开销。非阻塞采用乐观同步思路，先进行操作，如果操作完毕准备替换时发现此过程中产生竞争，则采用补偿措施例如重试，直到没有竞争为止。这种同步方式不会阻塞线程。

　　3. 无同步方案：从设计上消除竞争，比如可重入代码，变量线程本地存储。

13.3 锁优化

　　优化synchronized的加锁策略，减少加锁性能消耗

　　13.3.1 自旋锁和自适应自旋

　　在线程获取锁失败时，不是立马进入阻塞，基于锁很快释放的假设，进入一个空转，在这个期间如果获得锁，则省去了阻塞和唤醒的开销，适用锁占用时间很短的情况。缺点是此时会一直占用CPU资源，可以通过配置设置自旋次数，当自旋开启后，默认自旋10次。

　　自适应自旋，让自旋次数变得智能，如果在一个锁上，经常等待超时，那么会缩短等待次数，相反如果经常很快就能获得锁，那么自动会延长等待次数。

　　13.3.2 锁消除

　　虚拟机会对不可能存在共享数据竞争的锁进行消除，判定的依据是逃逸分析技术。

　　13.3.3 锁粗化

　　虚拟机检查到一连串零碎的操作都是对同一个对象加锁，会将加锁同步的范围扩大。

　　13.3.4 轻量级锁

　　在没有多线程竞争的前提下，减少传统重量级锁使用操作系统互斥量产生的性能消耗。

　　实现轻量级锁需要了解对象头的内存结构。对象头分为Mark Word，引用类型指针和数组大小三个部分，Mark Word的结构分为：25bit的哈希码，4bit的分代年龄，1bit的偏向模式，2bit的标志位。

　　其中标志位01-未锁定，00-轻量级锁定，10-重量级锁定，11-GC标记。

　　1. 轻量级锁加锁过程：

　　　　1. 线程访问对象，发现对象标志01尚未加锁，线程在栈空间建立一个锁记录空间，存放对象Mark Word的拷贝，并CAS将对象的Mark Word更新为指向存放在锁空间的备份的指针。

　　　　2. 更新成功，则将标志位更新为00。

　　　　3. 更新失败，检查指针是否指向自己的锁记录空间，是则直接进入代码块执行

　　　　4. 否则说明存在竞争，锁标志位变为10，膨胀为重量级锁。Mark Word中存储的是指向重量级锁（ObjectMonitor对象）的指针，后续尝试加锁的线程会被阻塞

　　2. 轻量级锁解锁过程：

　　　　1. CAS将拷贝替换回去对象头的Mark Word

　　　　2. 替换成功，则说明占用期间没有发生竞争

　　　　3. 替换失败，则说明锁已经膨胀为重量级锁，将会释放锁，并唤醒被挂起的线程

　　轻量级锁使用的场景是在加锁期间很少会发生竞争的情况，否则因为存在CAS，性能会比重量级锁还差。

　　网上有说轻量级锁，在CAS失败时会自旋，有博主通过源码已经验证了是不会自旋的：https://www.jianshu.com/p/d99993b52a07

　　13.3.5 偏向锁

　　旨在无竞争的情况下，一个线程占有锁期间内，再次请求锁直接重入而不需要CAS操作。

　　具体操作是，当对象第一次加锁时，线程将对象的标志位设置为01，将偏向标志设置为1，进入偏向模式。同时使用CAS将本线程的ID记录到对象的Mark Word上的哈希码部分（用了23bit），如果成功，下次同一线程再次进入时，将不需要其他操作。一旦有其他线程尝试加锁，会取消偏向模式。

　　上面说到占用的内存是对象头的哈希码部分，哈希码一旦生成无法更改，所以一旦有了哈希码之后，将无法在进入偏向模式。并且在偏向模式的状态下，如果有计算哈希码的请求，也将退出偏向模式，进入重量级锁状态，这个时候Mark Word指向ObjectMonitor对象，这其中有字段记录Mark Word，可以将哈希码写入到进入。

　　很好的介绍偏向锁的博客：https://www.jianshu.com/p/4758852cbff4

 

13.4 synchronized底层实现

 　　参考：https://www.jianshu.com/p/4e4c67d7ad4a