線程和偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖的知識整理

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參考文章列表：

Java並發編程：Synchronized底層優化（偏向鎖、輕量級鎖）

輕量級鎖、偏向鎖、重量級鎖詳情

偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖、自旋鎖原理講解(推薦看一下)

參考視頻：咕泡學院Mic老師的多線程基本原理

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主要的內容如下

• 多線程同時執行的安全問題思考
• Synchronized的基本認識
• 思考鎖的存儲
• Synchronized鎖的升級原理
• wait/notify實現線程通信

多線程同時執行的安全問題思考

如果業務代碼邏輯當中，有一個操作需要改變一個常量的值，比如int i = 0, 業務代碼當中i需要i++。單線程的情況下，不會出現問題，如果是多線程並發操作i的值，這個時候，i的結果最終是什么？會出現線程的安全問題。這種情況應該怎么解決？

線程的安全性有三種

• 原子性
• • 提供了互斥訪問，同一時刻只能有一個線程對它進行操作
• • 實現鎖的兩種方式：
    1）synchronized：在作用對象的作用范圍內，依賴JVM實現操作的原子性。
    2）Lock：依賴特殊的CPU指令，代碼實現。
• 可見性
• • 一個線程對主內存的修改可以及時的被其他線程觀察到。
• • 具體實現過程：
    1）對volatile變量寫操作時，會在寫操作后加入一條store屏障指令，將本地內存中的共享變量值刷新到主內存。
    2）對volatile變量讀操作時，會在讀操作前加入一條load屏障指令，從主內存中讀取共享變量。
• 有序性
• • Java內存模型中，允許編譯器和處理器對指令進行重排序，但重排序過程不會影響到單線程程序的執行，卻會影響到多線程並發執行的正確性。

Synchronized的基本認識

在java當中Synchronized是一種同步鎖，也是一種互斥鎖，當有一個線程拿到這個鎖的時候，其他的線程就拿不到。在jdk1.6以前Synchronized是重量鎖，之后做了相關優化，性能有一定的提升。

• Synchronized的基本使用
• • 修飾示例的方法
• • 修飾靜態方法
• • 修飾代碼塊

思考鎖的存儲

Synchronized鎖的存儲

• 對象在內存中的布局
• Markword

鎖的狀態總共有四種

• 無鎖狀態
• 偏向鎖
• 輕量級鎖
• 重量級鎖

鎖的狀態總共有四種：無鎖狀態、偏向鎖、輕量級鎖和重量級鎖。隨着鎖的競爭，鎖可以從偏向鎖升級到輕量級鎖，再升級的重量級鎖（但是鎖的升級是單向的，也就是說只能從低到高升級，不會出現鎖的降級）。JDK 1.6中默認是開啟偏向鎖和輕量級鎖的，我們也可以通過-XX:-UseBiasedLocking來禁用偏向鎖。鎖的狀態保存在對象的頭文件中，以32位的JDK為例：

鎖狀態	25bit		4bit	1bit	2bit
	23bit	2bit		是否偏向鎖（是否禁用偏向）	鎖標志位
無鎖態	對象的hashCode		分代年齡	0	01
輕量級鎖	指向棧中鎖記錄的指針				00
重量級鎖	指向互斥量（重量級鎖）的指針				10
GC標記	空				11
偏向鎖	線程ID	Epoch	分代年齡	1	01

這些鎖不等同於Java API中的ReentratLock這種鎖，這些鎖是概念上的，是JDK1.6中為了對synchronized同步關鍵字進行優化而產生的的鎖機制。這些鎖的啟動和關閉策略可以通過設定JVM啟動參數來設置，當然在一般情況下，使用JVM默認的策略就可以了。

偏向鎖

通俗的講，偏向鎖就是在運行過程中，對象的鎖偏向某個線程。即在開啟偏向鎖機制的情況下，某個線程獲得鎖，當該線程下次再想要獲得鎖時，不需要再獲得鎖（即忽略synchronized關鍵詞），直接就可以執行同步代碼，比較適合競爭較少的情況。

輕量級鎖

輕量級鎖不是用來替代傳統的重量級鎖的，而是在沒有多線程競爭的情況下，使用輕量級鎖能夠減少性能消耗，但是當多個線程同時競爭鎖時，輕量級鎖會膨脹為重量級鎖。

重量級鎖

即當有其他線程占用鎖時，當前線程會進入阻塞狀態。

wait/notify實現線程通信

wait：釋放鎖，阻塞線程
notify：喚醒一個線程