Java代碼在編譯後 編程Java字節碼，字節碼被類加載器加載到JVM裏，JVM執行字節碼，最終需要轉化為匯編指令在CPU上執行，Java中所使用的並發機制依賴於JVM的實現和CPU的指令。

volatiled的應用

volatile是輕量級的synchronized,它在多處理器開發中保證了共享變量的“可見性”。可見性的意思是一個線程修改一個共享變量時，其他線程能讀到這個修改的值。

volatile的定義與實現原理

Java語言規範第3版中對volatile的定義如下：Java編程語言允許線程訪問共享變量，為了確保共享變量能被準確和一致地更新，線程應該確保通過排他鎖單獨獲得這個變量。

在了解volatile實現原理之前，我們來看下與其實現原理相關的CPU術語與說明。

volatile是如何保證可見性的？

有volatile變量修飾的共享變量進行寫操作的時候，會通過Lock指令來保證可見性，而Lock指令在多核處理器會引發兩件事

• Lock前綴指令會引起處理器緩存行的數據回寫到系統內存
• 這個回寫內存的操作會使在其他處理器的緩存無效

Lock前綴指令會引起處理器緩存行的數據回寫到系統內存：Lock前綴指令導致在執行指令期間，聲言處理器的LOCK#信號。在多處理環境中，LOCK#信號確保在聲言該信號期間，處理器可以獨占任何共享內存（因為它會鎖住總線，導致其他CPU不能訪問總線，不能訪問總線就意味著不能訪問系統內存）。但是，在最近的處理器裏，LOCK#信號一般不鎖總線，而是鎖緩存，畢竟總線開銷的比較大。

這個回寫內存的操作會使在其他處理器的緩存無效：IA-32處理器和Intel64處理器使用MESI（修改、獨占、共享、無效）控制協議去維護內部緩存和其他處理器緩存的一致性。在多核處理器系統中進行操作的時候，IA-32處理器和Intel64處理器能嗅探其他處理器訪問系統內存和它們的內部緩存，處理器使用嗅探技術保證他的內存緩存、系統內存和其他處理器的緩存的數據在總線上保持一致。

volatile的使用優化

著名的Java並發編程大師Doug lea 在JDK7的並發包新增一個隊列集合類Linked-TransferQueue,它在使用volatile變量時，用一種追加字節的方式來優化隊列出隊和入隊的性能。有興趣的小夥伴可以自行去檢查。這裏不多贅述，但是存在兩種場景不應該使用這種方式

• 緩存行非64字節寬的處理器
• 共享變量不會被頻繁地寫

Synchronized的實現原理與應用

Synchronized很多人稱呼它為重量級鎖。隨著Java SE1.6對Synchronized進行各種優化之後，已經得到很大改善。

Synchronized實現同步的基礎：Java中的每一個對象都可以作為鎖，具體表現以下3種形式：

1. 對於普通同步方法，鎖是當前實例對象
2. 對於靜態同步方法，鎖是當前類的Class對象
3. 對於同步方法塊，鎖是Synchronized括號裏配置的對象

鎖到底存在哪裏，鎖裏又會存儲什麽信息？

從JVM規範中可以看到Synchronized在JVM裏的實現原理，JVM基於進入和退出Monitor對象來實現方法同步和代碼塊同步，但兩者實現細節不一樣。代碼塊同步是使用monitorenter和monitorexit指令實現的，而方法同步是使用另外一種方式實現，細節在JVM規範裏並沒有詳細說明。但是，方法的同步同樣可以使用這兩個指令來實現。

monitorenter指令是在編譯後插入到同步代碼塊的開始位置，而monitorexit是插入到方法結束和異常處，JVM要保證每個monitorenter必須有對應的monitorexit與之配對。任何對象都有一個monitor與之關聯，當且一個monitor被持有後，它將處於鎖定狀態，線程執行到monitorexit指令時，將會嘗試獲取對象鎖對應的monitor的所有權，即嘗試獲得對象的鎖。

Java對象頭

Synchronized用的鎖是存在Java對象頭裏的，如果對象是數組類型，則虛擬機用3個字寬（word）存儲對象頭，如果對象是非數組類型，則用2個字寬存儲對象頭。在32位虛擬機中，1字寬等於4字節，即32bit。

鎖的升級與對比

Java SE 1.6為了減少獲得鎖和釋放鎖帶來的性能消耗，引入了“偏向鎖”和“輕量級鎖”，在1.6中，鎖一共有4中狀態，級別從底到高依次是：無鎖狀態、偏向鎖狀態、輕量級鎖狀態和重量級鎖狀態。它們之間隨著競爭逐漸升級但不能降級，目的是為了提高獲得鎖和釋放鎖的效率。

偏向鎖 困死了明天再來寫

第二章 並發機制的底層實現原理