Java程式碼在編譯後會變成Java位元組碼, 位元組碼被ClassLoader載入到JVM中, JVM執行位元組碼, 最終要轉化為彙編指令在CPU上執行,
Java中所使用的併發機制依賴於JVM的實現和CPU的指令.

volatile原語

volatile是輕量級的synchronized, 它在多CPU(注意不僅僅是多核)開發中保證了共享變數的可見性.

由於volatile只保證了可見性, 無法保證原子性, 所以比synchronized的執行成本更低, 它不會引起上下文的切換和排程.

volatile實現原理

為加快CPU的處理速度, 它是不直接與記憶體進行通訊, 而是先將系統記憶體的資料讀到CPU內部快取(L1, L2或其他)後再進行操作,
但操作完全不知道何時會寫回記憶體

被volatile標註的變數如果被修改了, 會引起一系列的變化:

1. 當前操作的的CPU會強制將快取行中的變化立即寫回到記憶體中;
2. 這個寫回記憶體的操作會使在其他CPU裡快取了該記憶體地址的資料立即失效, 也就是其他CPU如果需要再使用這個變數,
   需要重新到記憶體中讀取到CPU快取中;

synchronized原語實現原理與應用

Java中的每一個物件都可以作為鎖

JavaSE 1.6中, 鎖一共有四種狀態, 級別從低到高依次為: 無鎖狀態, 偏向鎖, 輕量級鎖, 重量級鎖. 當低階的鎖機制不適配的時候, 程式會自動將鎖升級為高級別的鎖.

偏向鎖

偏向鎖使用了一種等到競爭出現才釋放鎖

輕量級鎖

在競爭鎖的時候, 不會阻塞, 而是使用’自旋’機制反覆嘗試獲取鎖(始終消耗CPU時間片), 直到獲取鎖.

重量級鎖

就是JavaSE 1.6之前的鎖機制

鎖的優缺點對比

原子操作的實現原理

原子操作的定義是:

不可被中斷的一個或者一系列操作

CPU如何實現原子操作

匯流排鎖

使用處理器提供的一個LOCK#訊號, 當一個處理器在總線上輸出此訊號時, 其他處理器的請求將被阻塞, 那麼該處理器可以獨佔共享記憶體.

快取鎖

同一時刻, 我們只需要保證對某個記憶體地址的操作是原子性的即可

Java如何實現原子操作

Java中可以通過鎖和迴圈CAS(Compare and Set)的方式來實現原子操作, 具體的表現形式是內建了一些類來支援原子操作: 如AtomicBoolean,
AtomicInteger, AtomicLong等

CAS實現原子操作的問題

• 迴圈開銷大:

  自旋CAS如果長時間不成功, 會給CPU帶來非常大的執行開銷

• 只能保證一個共享變數的原子操作

  如果一個類有兩個以上的field時, 就需要使用鎖了.

使用鎖機制來實現原子操作

實際上執行緒操作鎖的方式在底層也是使用迴圈CAS的方式來進行鎖的獲取和釋放的.