JAVA多线程机制解析-volatile&synchronized

java代码先编译成字节码，字节码最后编译成cpu指令，因此Java的多线程实现最终依赖于jvm和cpu的实现

synchronized和volatile

我们先来讨论一下volatile关键字的作用以及实现机制，每个线程看到的用volatile修饰的变量的值都是最新的，更深入的解释就涉及到Java的内存模型了，我们知道Java将内存分为主内存和线程私有内存，所有的全局变量都在主内存中，每个线程使用变量时都会从主内存中读取变量，然后放到各自线程的私有内存中，这样线程使用变量时就不用每次都去读取主内存了，当然这也产生了一个问题，如果线程修改了变量值，但是修改的值没有及时地同步到主内存中，那么其他线程看到的变量值仍然是未修改之前的值，这就产生了并发问题，而当这个变量用volatile修饰后，每次线程都会从主内存中读取变量值，也就是说抛弃了线程私有内存中的变量值，而线程每次修改变量后，就会将修改后的值同步到主内存中去。

理论上volatile就是这么实现滴，但是volatile最终会被编译成机器指令，所以volatile这种机制也需要相关的机器指令支持，学习过计算机组成原理的同学们都知道计算机在cpu和主内存直接有一个cache缓存，是不是和Java模型很类似，当然还不一样，其实volatile最终使用了cpu缓存一致性也就是说将缓存中的内容立刻更新到主内存中去，同时将其他缓存中的值置为无效。如果大家有探索精神可以看看看看volatile被编程为的汇编代码，就会发现volatile是用Lock信号实现地。

下面我们再来说说synchronized关键字，学习过Java的同学应该都知道这个关键字是用来实现多线程同步的，synchronized的具体用法这里就不介绍了，我们来聊下这个关键字的具体实现，看过Java并发的同学都会发现synchronized被称为重量级锁，怎么理解这个重量级的概念那？反正我的理解是加锁解锁耗费地时间多，导致并发度比较低呗，但是随着JDK版本的升级，synchronized的性能和并发库中Lock的性能基本持平。好了言归正传，synchronized的具体实现不知道同学们了解多少，我想大部分人应该能说出synchronized由一个同步队列和对象监视器实现，线程进入同步块时，先获取监视器如果成功就进入同步块，如果不成功就进入同步队列等待另外一个线程从同步块退出，没错这就是synchronized的实现，如果你只知道这些说明你了解的还不够深入，因为你还需要知道偏向锁、轻量级锁和synchronized的关系，在这里我就抛砖引玉先说说我自己的理解吧，我们都知道一个Java对象有三部分组成，对象头，实体部分，对齐填充部分，这个对象头就是实现synchronized的关键，在比较老的JDK版本中，一个线程进入同步代码块时就要获取互斥量，不管有没有其他线程，改进后的synchronized，线程一般先获取偏向锁，如果有竞争就膨胀为轻量级锁或者重量级锁，轻量级锁又会膨胀为重量级锁，那么偏向锁、轻量级锁、重量级锁有什么区别那？

偏向锁：

对象头中设置偏向锁标记，同时将当前线程的线程id保存在对象头和栈的锁记录空间中；

轻量级锁

将对象头的内容复制到当前线程栈的锁记录空间中，同时将对象头设置为指向锁记录空间的指针；

重量级锁
将对象头的内容复制到当前线程的锁记录空间中，同时将对象头设置为指向互斥量的指针；

当一个线程进入同步快时，先通过cas设置对象头为偏向锁，若设置成功则说明线程获取锁，若设置不成功，说明锁存在竞争，持有偏向锁的线程就要释放偏向锁，偏向锁膨胀为轻量级锁或重量级锁。
当一个线程持有轻量级锁，另外一个线程尝试获取锁，获取失败，则另外一个线程会自旋等待，若等待一段时间仍未获取锁，则线程进入等待，持有轻量级锁的线程就会在安全点处释放轻量级锁，轻量级锁也会膨胀为重量级锁。
当一个线程持有重量级锁时，另外一个线程就会被直接踢到同步队列中等待。

（安全点是jvm的一些特殊位置，在这个位置上所有的线程都会暂停工作，一般在安全点处进行垃圾回收，还有一个概念是安全区域，安全区域是指在一块代码内引用关系不会发生变化，这个代码的任何位置进行垃圾回收都是可以的）