一：java多執行緒互斥，和java多執行緒引入偏向鎖和輕量級鎖的原因？--->synchronized的重量級別的鎖，就是線上程執行到該程式碼塊的時候，讓程式的執行級別從使用者態切換到核心態，把所有的執行緒掛起，讓cpu通過作業系統指令，去排程多執行緒之間，誰執行程式碼塊，誰進入阻塞狀態。這樣會頻繁出現程式執行狀態的切換，執行緒的掛起和喚醒，這樣就會大量消耗資源，程式執行的效率低下。為了提高效率，jvm的開發人員，引入了偏向鎖，和輕量級鎖，儘量讓多執行緒訪問公共資源的時候，不進行程式執行狀態的切換。--->jvm規範中可以看到synchronized在jvm裡實現原理，jvm基於進入和退出Monitor物件來實現方法同步和程式碼塊同的。在程式碼同步的開始位置織入monitorenter,在結束同步的位置（正常結束和異常結束處）織入monitorexit指令實現。執行緒執行到monitorenter處，將會獲取鎖物件對應的monitor的所有權，即嘗試獲得物件的鎖。（任意物件都有一個monitor與之關聯，當且一個monitor被持有後，他處於鎖定狀態）--->java的多執行緒安全是基於lock機制實現的，而lock的效能往往不如人意。原因是，monitorenter與monitorexit這兩個控制多執行緒同步的bytecode原語，是jvm依賴作業系統互斥（mutex）來實現的。--->互斥是一種會導致執行緒掛起，並在較短時間內又需要重新排程回原執行緒的，較為消耗資源的操作。--->為了優化java的Lock機制，從java6開始引入輕量級鎖的概念。輕量級鎖本意是為了減少多執行緒進入互斥的機率，並不是要替代互斥。它利用了cpu原語Compare-And-Swap（cas,彙編指令CMPXCHG）,嘗試進入互斥前，進行補救。二：為什麼要自旋或者自適應自旋？--->前面我們討論互斥同步的時候，提到了互斥同步對效能最大的影響是阻塞的實現，掛起執行緒和恢復執行緒的操作都需要轉入核心態中完成，這些操作給系統的併發效能 帶來了很大的壓力。同時，虛擬機器的開發團隊也注意到在許多應用上，共享資料的鎖定狀態只會持續很短的一段時間，為了這段時間去掛起和恢復執行緒並不值得。如 果物理機器有一個以上的處理器，能讓兩個或以上的執行緒同時並行執行，我們就可以讓後面請求鎖的那個執行緒“稍等一會”，但不放棄處理器的執行時間，看看持有 鎖的執行緒是否很快就會釋放鎖。為了讓執行緒等待，我們只須讓執行緒執行一個忙迴圈（自旋），這項技術就是所謂的自旋鎖。 --->自旋鎖在JDK 1.4.2中就已經引入，只不過預設是關閉的，可以使用-XX:+UseSpinning引數來開啟，在JDK 1.6中就已經改為預設開啟了。自旋等待不能代替阻塞，且先不說對處理器數量的要求，自旋等待本身雖然避免了執行緒切換的開銷，但它是要佔用處理器時間的， 所以如果鎖被佔用的時間很短，自旋等待的效果就會非常好，反之如果鎖被佔用的時間很長，那麼自旋的執行緒只會白白消耗處理器資源，而不會做任何有用的工作， 反而會帶來效能的浪費。因此自旋等待的時間必須要有一定的限度，如果自旋超過了限定的次數仍然沒有成功獲得鎖，就應當使用傳統的方式去掛起執行緒了。自旋次 數的預設值是10次，使用者可以使用引數-XX:PreBlockSpin來更改。 --->在JDK 1.6中引入了自適應的自旋鎖。自適應意味著自旋的時間不再固定了，而是由前一次在同一個鎖上的自旋時間及鎖的擁有者的狀態來決定。如果在同一個鎖物件 上，自旋等待剛剛成功獲得過鎖，並且持有鎖的執行緒正在執行中，那麼虛擬機器就會認為這次自旋也很有可能再次成功，進而它將允許自旋等待持續相對更長的時間， 比如100個迴圈。另一方面，如果對於某個鎖，自旋很少成功獲得過，那在以後要獲取這個鎖時將可能省略掉自旋過程，以避免浪費處理器資源。有了自適應自 旋，隨著程式執行和效能監控資訊的不斷完善，虛擬機器對程式鎖的狀況預測就會越來越準確，虛擬機器就會變得越來越“聰明”了。 三：鎖削除--->鎖削除是指虛擬機器即時編譯器在執行時，對一些程式碼上要求同步，但是被檢測到不可能存在共享資料競爭的鎖進行削除。鎖削除的主要判定依據來源於逃逸分析的數 據支援（第11章已經講解過逃逸分析技術），如果判斷到一段程式碼中，在堆上的所有資料都不會逃逸出去被其他執行緒訪問到，那就可以把它們當作棧上資料對待， 認為它們是執行緒私有的，同步加鎖自然就無須進行。 --->也許讀者會有疑問，變數是否逃逸，對於虛擬機器來說需要使用資料流分析來確定，但是程式設計師自己應該是很清楚的，怎麼會在明知道不存在資料爭用的 情況下要求同步呢？答案是有許多同步措施並不是程式設計師自己加入的，同步的程式碼在Java程式中的普遍程度也許超過了大部分讀者的想象。比如：（只是說明概念，但實際情況並不一定如例子）線上程安全的環境中使用stringBuffer進行字串拼加。則會在java檔案編譯的時候，進行鎖銷除。四：鎖粗化--->原則上，我們在編寫程式碼的時候，總是推薦將同步塊的作用範圍限制得儘量小——只在共享資料的實際作用域中才進行同步，這樣是為了使得需要同步的運算元量儘可能變小，如果存在鎖競爭，那等待鎖的執行緒也能儘快地拿到鎖。--->大部分情況下，上面的原則都是正確的，但是如果一系列的連續操作都對同一個物件反覆加鎖和解鎖，甚至加鎖操作是出現在迴圈體中的，那即使沒有執行緒競爭，頻繁地進行互斥同步操作也會導致不必要的效能損耗。--->如果虛擬機器探測到有這樣一串零碎的操作都對同一個物件加鎖，將會把加鎖同步的範圍擴充套件（鎖粗化）到整個操作序列的外部。五：偏向鎖，輕量級鎖，重量級鎖對比

鎖	優點	缺點	適用場景
偏向鎖	加鎖和解鎖不需要額外的消耗，和執行非同步方法相比僅存在納秒級的差距	如果執行緒間存在鎖競爭，會帶來額外的鎖撤銷的消耗	適用於只有一個執行緒訪問同步塊場景
輕量級鎖	競爭的執行緒不會阻塞，提高了程式的響應速度	如果始終得不到索競爭的執行緒，使用自旋會消耗CPU	追求響應速度，同步塊執行速度非常快
重量級鎖	執行緒競爭不使用自旋，不會消耗CPU	執行緒阻塞，響應時間緩慢	追求吞吐量，同步塊執行速度較慢

物件頭的儲存內容（monitor）

長度	內容	說明
32/64bit	Mark Word	儲存物件的hashcode或鎖資訊
32/64bit	類物件的地址	儲存到物件型別資料的指標
32/64bit	Array length	陣列的長度（如果當前物件是陣列）

其中Mark Word儲存內容如下六：鎖的狀態--->鎖一共有四種狀態（由低到高的次序）：無鎖狀態，偏向鎖狀態，輕量級鎖狀態，重量級鎖狀態--->鎖的等級只可以升級，不可以降級。這種鎖升級卻不能降級的策略，目的是為了提高獲得鎖和釋放鎖的效率。七：偏向鎖

大多數情況下，鎖不僅不存在多執行緒競爭，而且總是由同一執行緒多次獲得，為了讓執行緒獲得鎖的代價更低而引入了偏向鎖。當一個執行緒訪問同步塊並獲取鎖時，會在物件頭和棧幀中的鎖記錄裡儲存鎖偏向的執行緒ID，以後該執行緒在進入和退出同步塊時不需要進行CAS操作來加鎖和解鎖，只需簡單地測試一下物件頭的Mark Word裡是否儲存著指向當前執行緒的偏向鎖。如果測試成功，表示執行緒已經獲得了鎖。如果測試失敗，則需要再測試一下Mark Word中偏向鎖的標識是否設定成1（表示當前是偏向鎖）：如果沒有設定，則使用CAS競爭鎖；如果設定了，則嘗試使用CAS將物件頭的偏向鎖指向當前執行緒。

--->a執行緒獲得鎖，會在a執行緒的的棧幀裡建立lockRecord，在lockRecord裡和鎖物件的MarkWord裡儲存執行緒a的執行緒id.以後該執行緒的進入，就不需要cas操作，只需要判斷是否是當前執行緒。--->a執行緒獲取鎖，不會釋放鎖。直到b執行緒也要競爭該鎖時，a執行緒才會釋放鎖。--->偏向鎖的釋放，需要等待全域性安全點（在這個時間點上沒有正在執行的位元組碼），它會首先暫停擁有偏向鎖的執行緒，然後檢查持有偏向鎖的執行緒是否還活著，如果執行緒不處於活動狀態，則將鎖物件的MarkWord設定成無鎖狀態。如果執行緒仍然活著，擁有偏向鎖的棧會被執行。棧幀中的lockRecord和物件頭的MarkWord要麼重新偏向其他執行緒，要麼恢復到無鎖，或者標記物件不適合作為偏向鎖。最後喚醒暫停的執行緒。--->關閉偏向鎖，通過jvm的引數-XX:UseBiasedLocking=false,則預設會進入輕量級鎖。偏向鎖升級：一個物件剛開始例項化的時候，沒有任何執行緒來訪問它的時候。它是可偏向的，意味著，它現在認為只可能有一個執行緒來訪問它，所以當第一個執行緒來訪問它的時候，它會偏向這個執行緒，此時，物件持有偏向鎖。偏向第一個執行緒，這個執行緒在修改物件頭MarkWord成為偏向鎖的時候使用CAS操作，並將物件頭中的ThreadID改成自己的ID，之後再次訪問這個物件時，只需要對比ID，不需要再使用CAS在進行操作。一旦有第二個執行緒訪問這個物件，因為偏向鎖不會主動釋放，所以第二個執行緒可以看到物件時偏向狀態，這時表明在這個物件上已經存在競爭了，檢查原來持有該物件鎖的執行緒是否依然存活，如果掛了，則可以將物件變為無鎖狀態，然後重新偏向新的執行緒，如果原來的執行緒依然存活，則馬上執行那個執行緒的操作棧，檢查該物件的使用情況，如果仍然需要持有偏向鎖，則偏向鎖升級為輕量級鎖（偏向鎖就是這個時候升級為輕量級鎖的）。如果不存在使用了，則可以將物件回覆成無鎖狀態，然後重新偏向。八：輕量級鎖輕量級鎖加鎖:執行緒在執行同步塊之前，JVM會先在當前執行緒的棧楨中建立用於儲存鎖記錄的空間，並將物件頭中的Mark Word複製到鎖記錄中，官方稱為Displaced Mark Word。然後執行緒嘗試使用CAS將物件頭中的Mark Word替換為指向鎖記錄的指標。如果成功，當前執行緒獲得鎖，如果失敗，表示其他執行緒競爭鎖，當前執行緒便嘗試使用自旋來獲取鎖。輕量級鎖解鎖:輕量級解鎖時，會使用原子的CAS操作將Displaced Mark Word替換回到物件頭，如果成功，則表示沒有競爭發生。如果失敗，表示當前鎖存在競爭，鎖就會膨脹成重量級鎖。--->a執行緒獲得鎖，會在a執行緒的棧幀裡建立lock record(鎖記錄變數)，讓lock record的指標指向鎖物件的物件頭中的mark word.再讓mark word 指向lock record.這就是獲取了鎖。--->輕量級鎖，b執行緒在鎖競爭時，發現鎖已經被a執行緒佔用，則b執行緒不進入核心態，讓b執行緒自旋，執行空迴圈，等待a執行緒釋放鎖。如果，完成自旋策略還是發現a執行緒沒有釋放鎖，或者讓c執行緒佔用了。則b執行緒試圖將輕量級鎖升級為重量級鎖。輕量級鎖認為競爭存在，但是競爭的程度很輕，一般兩個執行緒對於同一個鎖的操作都會錯開，或者說稍微等待一下（自旋），另一個執行緒就會釋放鎖。 但是當自旋超過一定的次數，或者一個執行緒在持有鎖，一個在自旋，又有第三個來訪時，輕量級鎖膨脹為重量級鎖，重量級鎖使除了擁有鎖的執行緒以外的執行緒都阻塞，防止CPU空轉。九：重量級鎖：就是讓爭搶鎖的執行緒從使用者態轉換成核心態。讓cpu藉助作業系統進行執行緒協調。