java并发编程的艺术 - 第二章笔记
| 术语 | 描述 |
|---|---|
| memory barries（内存屏障） | 处理器指定，实现对内存操作的顺序限定 |
| cache line（缓冲行） | 缓存中的最小存储单位，需要使用多个主内存周期（存储周期？） |
| atomic operations（原子操作） | 不可中断的操作 |
| cache line fill （缓存行填充） | 处理器读取整个缓存行到适当的缓存 |
| cache hit（缓存命中） | 处理器操作地址是缓存行填充的内存地址 |
| write hit（写命中） | 写回数据时，如果内存地址在缓存行中，写命中（直接操作缓存行）。 |
volatile
- volatile提供了比synchronized的使用和成本低，不会引起上下文切换和调用
- （原理）转汇编时会多出一行lock汇编代码
- 将当前缓存行写回内存系统
- 写回操作使其他cpu的缓存无效
ps： 缓存一致性协议，每个处理器通过嗅探在总线上传播的数据检查缓存是否过期。发现缓存行的内存被修改后，将缓存行置为无效状态，当处理器对数据修改操作时，把数据从内存读取到处理器缓存。
Lock的处理器原理
缓存回写内存
锁缓存、写回内存、使用缓存一致性确保修改原子性。缓存一致性会组织同时修改由两个以上处理器缓存的内存区域数据。
一个处理器的缓存回写内存会导致其他处理器的相同缓存失效
处理器使用嗅探技术保证它的内部缓存、系统内存和其他处理器的缓存在总线上保持一致。
volatile使用优化
- 追加字节填满缓冲行（Linked-TransferQueue），大多处理器告诉缓存行是64字节。试图修改缓存行数据时，会锁定缓存行。导致其他处理器不能访问锁定的节点。
- 什么时候不能追加到64字节
- 缓存行为32字节的cpu时
- 共享变量不会被频繁写入
ps：java7会淘汰或重新排列无用字段，不能单独使用Object对象来填充
synchronized
- 曾经很重，1.6优化（引入偏向锁和轻量级锁）后，变轻。
- 对于普通方法，锁是当前实例对象
- 静态同步方法，锁是当前类的class对象
- 对于同步方法块（synchonized）
在哪里上锁
synchronized的锁是存在java对象头里面。
ps：对象头：数组类型用三个字宽（多出的一个存放array length）；非数组类型，用两个字宽（字宽：Word，32位机1字宽为4字节）
q1：64位虚拟机，在轻量级锁、重量级锁时，mark word的结构？
对象头的mark word
Mark Word默认存储对象的HashCode、分代年龄、锁标记位。但是会随着锁标志位的变化而变化。
锁升级与对比
1.6为了减少获得锁和释放锁的 带来的性能消耗，引入了偏向锁和轻量级锁。因此共有四种锁状态（如下），同时锁只能升级，无法降级。
- 无锁状态
- 偏向锁状态
- 轻量级锁状态
- 重量级锁状态
偏向锁
- 偏向锁撤销：
1. 持有锁的线程不会在同步代码块执行结束后，释放锁。
2. 新线程竞争锁-->暂停持有偏向锁的线程-->检查状态
--live-->恢复无锁、升级偏向锁-- 恢复持有 偏向锁的线程
--dead-->置为无锁 --/
- 关闭偏向锁：
启动几秒后才会激活，关闭延迟：-XX:BiasedLockingStartupDelay=0
如果锁通常处于竞争状态时，可以关闭偏向锁：-XX:-UseBiasedLocking=false
轻量级锁
- 加锁
1. 将对象头中的mark word复制到锁记录（当前线程的栈帧）中。
2. CAS将mark word替换为指向锁记录的指针
3. 成功则获取锁，失败则尝试自旋获取锁
- 解锁
1. CAS将Displaced Mark Word替换回到对象头。
2. 成功则表示无竞争发生；失败则表示存在竞争，膨胀为重量锁。
重量级锁
重量级锁会阻塞获取锁的线程，当持有锁的线程被释放后，才会唤醒这些线程。
原子操作实现原理
cpu的实现
总线锁定
- 使用处理器提供的
LOCK #信号 - 一个处理器在总线上输出此信号时，其他处理器的请求将会被阻塞住，该处理器可以独占共享内存
ps：总线锁，锁定的是CPU和内存间的通信。
缓存锁
- 不用声明
LOCK #信号 - 使用缓存一致性机制，来保证操作的原子性
两种情况处理器不会使用缓存锁定
- 数据不能被缓存在处理器内部，操作的数据跨多个缓存行时。使用总线锁定
- 某些处理器不支持缓存锁定。
ps：针对以上机制，通过Intel处理器提供的Lock前缀的指令来实现（位测试和修改指令：BTS、BTR、BTC；交换指令：XADD、CMPXCHG；其他操作指令：ADD、OR）
java的实现
思路：锁和循环CAS
CAS
- CAS利用了处理器提供的CMPXCHG指令实现的。
- 一些问题（ABA、循环时间长开销大、只能保证一个共享变量的操作）
使用锁机制实现原子操作
ps：除了偏向锁，JVM实现锁的方式都采用了循环CAS。
