多线程-sychronized锁膨胀

sychronized

什么是cas

1. cas的定义：在操作系统中，CAS通常代表“Compare And Swap”，它是一种原子操作，用于解决并发访问的问题。具体地说，CAS操作会比较并交换一个内存位置的值，只有当内存位置的值与期望的值相等时，才会将新值写入该位置。如果内存位置的值与期望的值不相等，则说明这个内存位置已经被其他线程修改，此时CAS操作不会执行任何修改，并返回失败状态。
2. cas涉及的指令：cpmxchg,他通常和自旋锁（spin lock）配合使用,这个自旋锁在os/c++中实现略有不同具体如下，看os就行
3. linux内核下spin lock

typedef struct spinlock {
        union {
                atomic_t count;
        };
} spinlock_t;

1. c++中spin lock

#include   // 头文件

class SpinLock {
public:
    SpinLock() { flag.clear(std::memory_order_release); }
    
    void lock() {
        while (flag.test_and_set(std::memory_order_acquire)) ;  // 忙等待
    }
    
    void unlock() {
        flag.clear(std::memory_order_release);
    }

private:
    std::atomic_flag flag;
};

在多线程程序中，CAS可以用来保证数据的一致性和正确性，防止出现竞态条件等问题。因此，CAS操作是许多并发编程框架和实现中常用的技术之一。

什么是公平锁，什么是公平锁，先说reentrantlock

1. 结论：公平与非公平锁，其区别在于抢锁之前是否排队，一旦入队，永远排队

1. 公平锁抢锁逻辑：线程进入-》调用lock方法-》然后tryAcquire（这里具体如下 获取当前线程，判断锁的状态是否是0，判断锁是否是否被人持有-》如果没人持有看有没有排队的，若有人排队自己也去排队；如果锁被人持有了则加锁失败，自己去入队，如果自己是head，则自选取再次拿锁尝试）

1. 非公平锁抢锁逻辑:线程进入-》调用lock方法-》然后tryAcquire(这里具体行为如下：获取当前线程-》获取锁状态是否为0-》判断是否被人持有，如果被人持有就自旋等待，外一成功就拿到了锁，如果失败了，进入队列，此时会看上一个节点是不是head，如果是在自选一次尝试拿锁，还拿不到就排队去)
2. 这是别人画的图，讲述整个流程
3. 队列：刚才说到入队，队列的数据结构如下

public class Node{
volatile Node prev;
volatile Node next;
volatile Thread thread;
}

关于synchronized是否是公平锁

1. 像上面说的，是否公平就看入队前是否抢锁，入队之后永远排队

锁的基础知识

首先介绍一下锁，和内存分布

1. 无锁：分为101 无锁可偏向，或者偏向锁，如果前52个字符不是0，则代表偏向锁，前52位是偏向线程id，如果后三位是001则代表无锁,下面是对应的几种情况

1. 轻量锁 00，一个64位，前62位是一个指针，看后两位即可
2. 重新加锁和重入锁的区别

偏向锁膨胀的具体过程，结合c++代码

1. 偏向锁的获取过程，首先有一个锁对象lock,在当前线程下创建lockrecord,然后判断是否锁是自己持有，是否过期，然后拿到锁，这就是偏向锁，当第一次之后获取，比如第二次获取，还是会建立lockrecord,判断是否自己持有是否过期，如果满足就拿到锁不需要cas，所以性能最好，释放的过程就是从栈中找到对应的lockrecord释放掉
2. 轻量锁：假设t1释放了偏向锁，t2进来拿锁，此时需要先进行偏向撤销（简单来说，撤销偏向，置成无锁001）
   其内存变化如下：（看c++文件重新写）
3. 此时如果t2释放锁，t3来了，此时t3先生成无锁的markword 00,然后lockrocrd中displacedword 设置成markword，之后cas判断当前对象头和内存中对应markword是否相等,如果相等就吧对象头中的markword修改为一个指针指向lockrecord，同时把对象头中markword的后两位改成00；

4.  轻量锁膨胀为重量锁：t3修改之前，t4进来完成了t3要完成的操作，t3就是加锁失败这个时候就会膨胀，涉及到 pthredmutex;

1. 批量重偏向，这里涉及到连续偏向撤销20次，40次的俩个阈值问题：这里说结论：当撤销偏向锁阈值超过 20 次后，jvm 会这样觉得，我是不是偏向错了呢，于是会在给这些对象加锁时重新偏向至t2；当一个偏向锁如果撤销次数到达40的时候就认为这个对象设计的有问题；那么JVM会把这个对象所对应的类所有的对象都撤销偏向锁；并且新实例化的对象也是不可偏向的
2. 锁膨胀的流程图：

大概逻辑如上面的图，这里文字版；

获取锁对象lockee->创建lockrecord->让lockrecord的obj关联lockee->获取lockee的头信息-》此时判断是否是偏向锁（这里有一些细节，比如初始化01这些看代码，看了一遍也没记住）

1.是偏向锁，获取当前线程id，看是否偏向自己，如过偏向自己就拿到锁；如果没有则看是否关闭偏向锁，如果关闭则偏向锁升级为轻量锁；如果没关闭，看是否过期或者偏向别人，无论哪种情况都重新创建一个偏向自己的mark,通过cas设置对象头，成功就获得锁，失败就升级为轻量锁；

2.不是偏向锁则升级为轻量锁

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