Java Monitor（管程）

操做系統在面對線程間同步的時候，會支持例如semaphore信號量和mutex互斥量等同步原語，而monitor是在編程語言中被實現的，下面介紹一下java中monitor（監視器/管程：管理共享變量以及對其的操做過程，讓他們支持併發）的實現原理：

以一個阻塞隊列的實現來舉例：

同時，java內置的synchronized關鍵字能夠認爲是MESA模型的簡化版，其只能有一個條件變量，但編譯器會自動添加加鎖與解鎖的代碼。synchronized關鍵字能夠修飾實例方法、類方法以及代碼塊，若是修飾的是代碼塊，須要制定關聯的Object；若是修飾的是實例方法，那麼其關聯的對象其實是this；若是修飾的是類方法，那麼其關聯的對象是this.class。這些關聯的對象就是MESA模型裏的條件變量。

synchronized實現原理

JVM基於進入和退出monitor對象來實現同步，同步代碼塊採用添加moniterenter、moniterexit，同步方法使用ACC_SYNCHRONIZED標記符隱式實現。每一個對象都有一個monitor與之關聯，運行到moniterenter時嘗試獲取對應monitor的全部權，獲取成功就將monitor的進入數加1（因此是可重入鎖，也被稱爲重量級鎖），不然就阻塞，擁有monitor的線程運行到moniterexit時進入數減1，爲0時釋放monitor。
java中每一個對象都有一個對象頭，synchronized所用的鎖就是存在對象頭裏的。若是是非數組的對象是8個字節（32位JVM）或者16字節（64位JVM），數組對象還會有一個數組長度（4個字節）。以32位JVM非數組對象爲例：

鎖信息就存在前4個字節的MarkWord中，JVM對synchronized的加鎖過程優化爲：

1. 檢測Mark Word裏面是否是當前線程的ID，若是是，表示當前線程處於偏向鎖
2. 若是不是，則使用CAS將當前線程的ID替換Mard Word，若是成功則表示當前線程得到偏向鎖，置偏向標誌位1
3. 若是失敗，則說明發生競爭，撤銷偏向鎖，進而升級爲輕量級鎖。
4. 當前線程使用CAS將對象頭的Mark Word替換爲鎖記錄指針，若是成功，當前線程得到鎖
5. 若是失敗，表示其餘線程競爭鎖，當前線程便嘗試使用自旋來獲取鎖。
6. 若是自旋成功則依然處於輕量級狀態。
7. 若是自旋失敗，則升級爲重量級鎖。

重量級鎖是悲觀鎖的一種，自旋鎖、輕量級鎖與偏向鎖屬於樂觀鎖。
CAS設計讀取-比較-寫入三個操做，是在CPU指令層面保證其原子性，volatile是保證多線程下的內存可見性，兩者需配合使用。另外還需注意CPU緩存行（一次以32/64字節爲單位從主內存中讀取數據到緩存）包含多個變量所帶來的隱形同步問題：其中一個變量被volatile修飾，致使另一個變量在另外一個CPU核上（另外一個線程）的讀寫也要被強制刷新緩存。

管程：併發編程的萬能鑰匙
java 中的鎖 -- 偏向鎖、輕量級鎖、自旋鎖、重量級鎖