面試題-自旋鎖，以及jvm對synchronized的優化

時間 2019-12-07

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背景

想要弄清楚這些問題，須要弄清楚其餘的不少問題。
好比，對象，而對象自己又能夠延伸出不少其餘的問題。php

咱們平時不過只是在使用對象而已，怎麼使用？就是new 對象。這只是語法層面的使用，至關於會了一門編程語言而已。html

對象更深層次的問題以下：
1.源碼實現
2.內存
3.字節碼java

由於只有瞭解對象，特別是深入的理解對象，才能理解同步的問題。c++

對象

內存
包括三部分
1.頭
2.數據
3.空白填充編程

頭是對象的元數據，也就是，除了數據之外的數據。就像各類協議同樣，每一種協議，都有頭，好比，tcp/ip協議 http協議，都有頭字段。
咱們這裏主要關心的是鎖字段。除了鎖字段，其實還有，對象的hashcode(惟一標識一個對象)，線程等等。bash

數據，就是數據咯。多線程

空白填充，是一段沒有使用的內存。爲何要沒有使用的內存，不是浪費嗎？由於不少場合，須要申請的內存是什麼的倍數，好比，對象須要是8個字節的倍數。因此，內存不夠，填充空白字節便可，直到達到8個字節的倍數要求爲止。併發

源碼實現
這裏也只講，與同步相關的部分。
好比，c++源碼裏，與同步關鍵字synchronized相關的代碼是對象監視器ObjectMonitor.cpp。與此相關的邏輯，主要包含如下幾個字段：
1.哪一個線程擁有這個鎖
2.計數器
3.線程排隊集合
4.線程等待集合jvm

計數器，狀況以下。初始值是0，1.第一次獲取，加1 2.若是當前線程再次獲取，每次自增1 3.若是是否鎖，減1。
同一個線程，再次獲取，這就是鎖的可重入特性。tcp

線程排隊集合，狀況以下。1.若是獲取到鎖，那麼持有鎖 2.若是沒有，那麼進入排隊集合。

等待集合，狀況以下。1.線程獲取到鎖 2.調用wait()方法，釋放鎖。加入等待集合。3.等待被別的線程喚醒，即調用notify或notifyAll()方法。

字節碼
1.魔數這些東西
2.鎖的進入指令enterLock和退出指令exitLock

jvm-如何訪問對象

總結
java是由c++實現的。
若要理解java語法是怎麼實現的？閱讀c++源碼，即jvm是如何實現的。

內置鎖

內置鎖主要包含兩個方面
1.哪一個鎖
2.鎖哪一個數據

鎖的本質
鎖，其實就是對象。咱們在說哪一個鎖，其實本質上是在問使用哪一個對象。對象就是鎖，鎖就是對象。每一個對象都有一個內置鎖，兩者一一對應，且互相只有一個。

鎖哪一個數據？
鎖的目的是，要鎖住哪一個數據。即多線程不能篡改數據。

可是，具體的表現形式是，鎖住的是一個代碼塊。不過，代碼塊的本質，也是訪問數據/操做數據，因此，最終仍然仍是爲了鎖數據。

內置鎖的源碼實現
1.對象
2.計數

對象
就是鎖。

計數每一個對象，關聯一個計數器

鎖的可重入性
可重入指的是同一個對象/鎖，能夠重複獲取，誰來獲取？固然是線程。

獲取鎖的粒度是線程！只有線程才能獲取鎖！

鎖和要保護的變量之間的關係
一一對應。也就是說，最好保護一個變量就只使用那一個鎖來保護那個變量。而不要一個鎖同時保護多個變量，那麼可能出問題。

顯式鎖

顯式鎖和內置鎖，本質上是同樣的。
只不過，一個是使用關鍵字(jvm實現了獲取鎖和釋放鎖的方法)，一個是使用鎖封裝類的lock()和unlock()方法。

synchronized-源碼實現

其實就是上文提到的監視器對象MonitorObject.cpp

jvm對synchronized的優化

1.鎖可重入
當前線程可從新獲取同一個對象的鎖。即同一個鎖。
2.自旋鎖
自旋鎖就是循環獲取鎖。
鎖的源碼實現類，封裝了lock()和unlock()方法。獲取鎖的實現，就是循環獲取。
3.重量級鎖
即普通的對象鎖。

一步步是如何優化的，如何進入到下一步
先是鎖可重入。這個是針對同一個線程。

其次，若是是不一樣的線程，那麼此刻是自旋鎖。即循環指定次數(幾十次)的獲取鎖。

最後，不行，就正常的普通的鎖，也就是所謂的重量級鎖。該線程進入排隊隊列。

自旋鎖的源碼實現
1.普通的鎖
獲取鎖的時候，只獲取一次。

2.自旋鎖
獲取鎖的時候，獲取屢次。

自旋鎖和普通鎖的惟一區別，就是獲取鎖的時候，獲取幾回的問題。

自旋鎖的使用
具體使用的時候，自旋鎖和普通鎖，沒有任何區別。全部的顯式鎖，都是如下兩步：
1.獲取鎖lock()
2.釋放鎖unlock()

自旋鎖，咱們本身也能夠實現。其實就是一個自旋鎖類，封裝了兩個方法1.獲取鎖2.釋放鎖。

synchronized的自旋鎖底層實現，也是同一個道理。

代碼實現
1.普通鎖

lock(){
    獲取鎖 //只獲取一次，不行，就進入排隊隊列
}
複製代碼

2.自旋鎖

lock(){
    while(次數){
        獲取鎖 //獲取鎖的代碼是同樣的。主要是修改兩個字段1.哪一個線程持有鎖2.計數器
    }
}
複製代碼

爲何要弄一個自旋鎖，由於普通鎖，獲取一次，獲取不到，該線程就進入線程排隊隊列。再次執行該線程的時候，會發生線程上下文的切換，由於線程進入排隊隊列的期間，對應的cpu就去執行其餘的線程去了。如今又要從新回來執行這個線程，這個過程就發生了至少兩次線程上下文切換。而線程上下文切換，是很是耗資源的，具體耗費資源的緣由就是，須要在用戶態和內核態之間來回切換，線程上下文切換就是由內核來實現上下文切換這個操做的。

互斥鎖和非互斥鎖

在一般狀況下咱們說的鎖都指的是「互斥」鎖，由於在還存在一些特殊的鎖，好比「讀寫鎖」，不徹底是互斥的。這篇文章說的鎖專指互斥鎖。

讀寫鎖

讀寫鎖如何實現

延伸-內存溢出和內存泄露的區別：內存泄露是內存溢出的一種

內存問題，說白了，就是不夠用的問題。

因此，全部的內存問題，都是由於內存不夠用致使的。

內存溢出，就是對象/數據不斷地增多。而內存有限。因此，纔會溢出嘛。

而內存泄露，其實，本質上，也是內存溢出/不夠。只不過有一點細微的區別，就是內存泄露是由於已有的對象，沒有作到很好的釋放掉。好比，鏈表裏的數據，只釋放了第一個數據的內存，後面的數據都沒有釋放內存。這個時候，會致使剩下的全部數據，都不能被釋放。

鎖的本質是等待

先理解一下什麼是自旋，所謂自旋就是線程在不知足某種條件的狀況下，一直循環作某個動做。因此對於自旋鎖來鎖，當線程在沒有獲取鎖的狀況下，一直循環嘗試獲取鎖，直到真正獲取鎖。

在聊聊高併發（三）鎖的一些基本概念咱們提到鎖的本質就是等待，那麼如何等待呢，有兩種方式

線程阻塞
線程自旋

阻塞的缺點顯而易見，線程一旦進入阻塞(Block)，再被喚醒的代價比較高，性能較差。自旋的優勢是線程仍是Runnable的，只是在執行空代碼。固然一直自旋也會白白消耗計算資源，因此常見的作法是先自旋一段時間，還沒拿到鎖就進入阻塞。JVM在處理synchrized實現時就是採用了這種折中的方案，並提供了調節自旋的參數。

鎖的本質是等待，等待的本質是線程阻塞
不論是鎖，仍是線程阻塞，仍是等待。最終落實到源碼層面，就是監視器對象MonitorObject的1.線程排隊集合2.線程等待集合(即調用了wait()方法)。

Object.wait()方法
Wait方法的本質，也是線程加入到線程等待集合。由於，最底層，jvm仍是要調用MonitorObject.cpp的wait()方法，把線程加入到線程等待集合。

線程阻塞的本質是什麼？
待補充。

參考
www.jianshu.com/p/f4454164c…
www.jianshu.com/p/3256473f5…
blog.csdn.net/raintungli/…
coderbee.net/index.php/c…

這些參考文章都寫的很差，僅供參考。