1. Implements
volatile：声明后所有线程看到的改变量的值是一样的。写操作时，会添加Lock前缀的汇编。
保证了1. 保证缓存行的数据写回内存；2. 写回的操作会使其他缓存失效。
synchronized：普通的方法，锁是实例；静态同步方法，锁是Class；同步方法块，锁是括号里的对象。
锁保存在对象头，如果是数组，则用三个字宽保存对象头，非数组则用两个自宽保存对象头。
| 长度 | 内容 | 说明 |
|---|
| 32bit/64bit | Mark Word | 存储对象的hashCode或者是锁信息 |
| 32bit/64bit | Class Metadata Address | 存储到对象类型的指针 |
| 32bit/64bit | Array Length | 数组的长度，（非数组无该字段） |
32位下对象头的存储结构
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
| |----------------------------------------------------------------------------------------|--------------------|
| Object Header (64 bits) | State |
|-------------------------------------------------------|--------------------------------|--------------------|
| Mark Word (32 bits) | Klass Word (32 bits) | |
|-------------------------------------------------------|--------------------------------|--------------------|
| identity_hashcode:25 | age:4 | biased_lock:1 | lock:2 | OOP to metadata object | Normal |
|-------------------------------------------------------|--------------------------------|--------------------|
| thread:23 | epoch:2 | age:4 | biased_lock:1 | lock:2 | OOP to metadata object | Biased |
|-------------------------------------------------------|--------------------------------|--------------------|
| ptr_to_lock_record:30 | lock:2 | OOP to metadata object | Lightweight Locked |
|-------------------------------------------------------|--------------------------------|--------------------|
| ptr_to_heavyweight_monitor:30 | lock:2 | OOP to metadata object | Heavyweight Locked |
|-------------------------------------------------------|--------------------------------|--------------------|
| | lock:2 | OOP to metadata object | Marked for GC |
|-------------------------------------------------------|--------------------------------|--------------------|
|
| 锁状态 | 25bit | 4bit | 1bit | 2bit |
|---|
| 状态 | 对象的hashCode | 对象分代年龄 | 是否是偏向锁 | 锁标志位 |
64位下对象头的存储结构
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
| |------------------------------------------------------------------------------------------------------------|--------------------|
| Object Header (128 bits) | State |
|------------------------------------------------------------------------------|-----------------------------|--------------------|
| Mark Word (64 bits) | Klass Word (64 bits) | |
|------------------------------------------------------------------------------|-----------------------------|--------------------|
| unused:25 | identity_hashcode:31 | unused:1 | age:4 | biased_lock:1 | lock:2 | OOP to metadata object | Normal |
|------------------------------------------------------------------------------|-----------------------------|--------------------|
| thread:54 | epoch:2 | unused:1 | age:4 | biased_lock:1 | lock:2 | OOP to metadata object | Biased |
|------------------------------------------------------------------------------|-----------------------------|--------------------|
| ptr_to_lock_record:62 | lock:2 | OOP to metadata object | Lightweight Locked |
|------------------------------------------------------------------------------|-----------------------------|--------------------|
| ptr_to_heavyweight_monitor:62 | lock:2 | OOP to metadata object | Heavyweight Locked |
|------------------------------------------------------------------------------|-----------------------------|--------------------|
| | lock:2 | OOP to metadata object | Marked for GC |
|------------------------------------------------------------------------------|-----------------------------|--------------------|
|
| 锁状态 | 25bit | 31bit | 1bit | 4bit | 1bit | 2bit |
|---|
| 状态 | unused | 对象的hashCode | cms_free | 对象分代年龄 | 是否偏向锁 | 锁标志位 |
可以设置参数-XX:+UseCompressedOops，来进行压缩，参考32bit的PAE实现，可以使JVM的内存超过4G，但不超过32G（超过32G，可以使用-XX:ObjectAlignmentInBytes，来限制压缩的大小，如当对象对齐为 16 字节时，最多可以使用 64 GB 的堆空间和压缩指针），经过压缩后：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
| |--------------------------------------------------------------------------------------------------------------|--------------------|
| Object Header (96 bits) | State |
|--------------------------------------------------------------------------------|-----------------------------|--------------------|
| Mark Word (64 bits) | Klass Word (32 bits) | |
|--------------------------------------------------------------------------------|-----------------------------|--------------------|
| unused:25 | identity_hashcode:31 | cms_free:1 | age:4 | biased_lock:1 | lock:2 | OOP to metadata object | Normal |
|--------------------------------------------------------------------------------|-----------------------------|--------------------|
| thread:54 | epoch:2 | cms_free:1 | age:4 | biased_lock:1 | lock:2 | OOP to metadata object | Biased |
|--------------------------------------------------------------------------------|-----------------------------|--------------------|
| ptr_to_lock_record | lock:2 | OOP to metadata object | Lightweight Locked |
|--------------------------------------------------------------------------------|-----------------------------|--------------------|
| ptr_to_heavyweight_monitor | lock:2 | OOP to metadata object | Heavyweight Locked |
|--------------------------------------------------------------------------------|-----------------------------|--------------------|
| | lock:2 | OOP to metadata object | Marked for GC |
|--------------------------------------------------------------------------------|-----------------------------|--------------------|
|
偏向锁：大多数情况下，没有锁竞争，偏向锁在等到竞争时才会释放锁。有竞争时 ，会在全局安全点撤销偏向锁。
使用-XX:BiasedeLoackingStartupDelay=0，如果大多数锁处于竞争状态，可以使用-XX:UseBiasedLocking=false关闭，这样程序会默认进入轻量级锁的状态。
轻量级锁：使用CAS操作Mark Word，如果成功，就获得锁；释放时，CAS如果失败，就升级到重量级锁。
重量级锁：在这个状态下，所有获取锁的操作都会被阻塞，持有锁的线程释放后会唤醒这些线程。
| 锁 | 优点 | 缺点 | 场景 |
|---|
| 偏向锁 | 加锁不用额外消耗，效率接近非同步方法 | 如果有锁竞争，会带来撤销消耗 | 只有一个线程访问的场景 |
| 轻量级锁 | 线程不会阻塞，提高相应速度 | 得不到锁竞争的线程会自旋消耗CPU | 追求响应时间，执行速度快 |
| 重量级锁 | 线程竞争不用自旋，不会消耗CPU | 线程阻塞，响应时间缓慢 | 追求吞吐量，同步块执行速度较长 |
ABA问题解决：采用AtomicStampedReference来解决，判断是否时等于预期引用和预期标志，两个都成功则设置。
2. Memory Model
编译器优化重排序：不改变单线程程序语义的情况下，重新安排顺序。
指令级并行的重排序：指令级并行技术（Instruction-Level Parallelism），如果不存在数据依赖性，可以改变指令执行的顺序。
内存系统的重排序：读/写缓冲区，使得读写操作可能的乱序。
屏障类型：LoadLoadBarriers，StoreStoreBarriers，LoadStoreBarriers，StoreLoadBarriers
其中StoreLoadBarriers拥有其他三个屏障的效果，作为全能型屏障。这个屏障开销昂贵，需要将写缓冲的数据全部刷新到内存中。
JDK5开始，采用JSR133原则，使用happens-before来解释内存的可见性：
- 程序顺序规则：一个线程中的每一个操作，happens-before于后边的操作
- 监视器锁规则：解锁操作happens-before于上锁操作
- volatile变量规则：对volatile修饰变量的写操作，happens-before于读操作
- 传递性：A happens-before B，B happens-before C，则有A happens-before C
数据依赖性：对同一个变量的写写，写读，读写操作，存在数据依赖，编译器和处理器会遵守数据依赖性。
as-if-serial：排序结果不能影响本来的执行结果。编译器，runtime，处理器都会遵守。
JMM不保证对64位的long和double类型的写操作具有原子性，会把64位的写操作拆成两个32位的操作，虽然这违反了顺序一致性模型。
volatile的写操作前面加StoreStore屏障，后面加StoreLoad屏障；
volatile的写操作后面加LoadLoad屏障，后面加LoadStore屏障。编译器能够通过具体情况省略不必要的屏障。
Java同步器框架AbstractQueuedSynchronizer。
final域保证构造函数内的final域的写入和引用赋值给另一个引用变量这个操作不可以重排序；第一次读final域对象的引用和读取final域中的操作不能重排序。
构造函数final域的写操作，在return前，会插入StoreStore屏障，读final域前会加上LoadLoad屏障，禁止final的写操作重排序到构造函数之外。保证了final读取到的值不会发生改变。
双重锁检查的机制instance = new Instance();实际上会被拆成三行伪代码，在2，3之间会可能发生重排序。
1
2
3
| memory = allocate(); // 1. 分配对象的内存空间
ctorInstance(memory); // 2. 初始化对象，完成后instance != null
instance = memory; // 3. 设置instance指向刚分配的内存地址
|
回顾类加载的时机：加载（通过全限定名获取二进制字节流，转化为方法区运行时数据结构，生成java.lang.Class对象），验证（文件格式，元数据，字节码，符号引用），准备（正式分配内存并且初始化值，对应上述代码的1，2步骤），解析（将常量池的符号引用替换为直接引用；符号引用就是一组符号来描述目标，可以是任何字面量。直接引用就是直接指向目标的指针、相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄。），初始化（初始化阶段是执行初始化方法 <clinit> ()方法的过程，对静态变量/代码块进行初始化，会保证多线程安全性），使用，卸载。
使用volatile后，可以防止2，3之间的重排序。
3. Basic
suspend(), resume(), stop()标记为deprecated，调用后不一定会释放占有的资源。
使用wait(), notify(), notifyAll()之前需要对调用对象加锁。
管道输入输出流，输出与输入进行绑定
4. Lock
AbstractQueuedSynchronizer通过内置的FIFO来实现资源获取线程的排队工作。
当前线程信息和等待状态构造成一个结点，加入队列，同时阻塞线程。同步状态释放时，首结点中的线程将会被唤醒。在尾部加入时，采用CAS判断插入到“应该插入的位置”。
acquire(int arg)获取同步状态，对中断不敏感。读acquiredShared获取共享式的同步状态。
重入锁在获取n次，并释放n次后，其他线程能够获取到该锁，默认非公平，通过组合自定义同步器来实现锁的获取与释放。
读写锁，写状态位S&0x0000FFFF，读状态为S»>16，写锁相当于一个支持重进入的排他锁。
