java内存模型之三-锁

锁的释放和获取的内存语义

　　锁是Java并发编程中最重要的同步机制。锁除了让临界区互斥执行外，还可以让释放锁的
线程向获取同一个锁的线程发送消息。当线程释放锁时，JMM会把该线程对应的本地内存中的共享变量刷新到主内存中。当线程获取锁时，JMM会把该线程对应的本地内存置为无效。从而使得被监视器保护的 临界区代码必须从主内存中读取共享变量　

　　对比锁释放-获取的内存语义与volatile写-读的内存语义可以看出：锁释放与volatile写有 相同的内存语义；锁获取与volatile读有相同的内存语义。

　锁的内存语义实现　　

　　公平锁在释放锁的最后写volatile变量state，在获取锁时首先读这个volatile变量。根据 volatile的happens-before规则，释放锁的线程在写volatile变量之前可见的共享变量，在获取锁 的线程读取同一个volatile变量后将立即变得对获取锁的线程可见。　

　　现在我们来分析非公平锁的内存语义的实现。非公平锁的释放和公平锁完全一样，所以 这里仅仅分析非公平锁的获取。使用非公平锁时；

　　该方法以原子操作的方式更新state变量，本文把Java的compareAndSet()方法调用简称为 CAS。这里我们分别从编译器和处理器的角度来分析，CAS如何同时具有volatile读和volatile写的内存语义。前文我们提到过，编译器不会对volatile读与volatile读后面的任意内存操作重排序；编译器不会对volatile写与volatile写前面的任意内存操作重排序。组合这两个条件，意味着为了同 时实现volatile读和volatile写的内存语义，编译器不能对CAS与CAS前面和后面的任意内存操作重排序。

　　程序会根据当前处理器的类型来决定是否为cmpxchg指令添加lock前 缀。如果程序是在多处理器上运行，就为cmpxchg指令加上lock前缀（Lock Cmpxchg）。反之，如 果程序是在单处理器上运行，就省略lock前缀（单处理器自身会维护单处理器内的顺序一致

性，不需要lock前缀提供的内存屏障效果）。　

intel的手册对lock前缀的说明如下。
1）确保对内存的读-改-写操作原子执行。在Pentium及Pentium之前的处理器中，带有lock前
缀的指令在执行期间会锁住总线，使得其他处理器暂时无法通过总线访问内存。很显然，这会 带来昂贵的开销。从Pentium 4、Intel Xeon及P6处理器开始，Intel使用缓存锁定（Cache Locking） 来保证指令执行的原子性。缓存锁定将大大降低lock前缀指令的执行开销。
2）禁止该指令，与之前和之后的读和写指令重排序。
3）把写缓冲区中的所有数据刷新到内存中。
上面的第2点和第3点所具有的内存屏障效果，足以同时实现volatile读和volatile写的内存
语义。