1.java对象头

java对象头包含两个部分，一个指向对象类型的指针，一个MarkWord存放（对象的hashcode,分代年龄，以及锁相关的信息如：锁状态，锁标志位，是否是偏向锁等）,如果该对象是数组，还会有一个数组长度

2.Synchronized（锁升级的过程）

1.三种使用方式

- 修饰方法锁是当前实例对象

- 修饰静态方法锁是当前类的class对象

- 修饰代码块锁是synchronized括号里面的对象

2.无状态锁，偏向锁，轻量级锁，重量级锁

- 偏向锁

HotSpot作者发现，在大部分的时候，锁不仅不存在被多个对象竞争，反而被同一个线程所一直持有，如果同一个线程一直获得锁和释放锁就造成了（上下文切换）资源的浪费。所以引入了偏向锁，当锁是偏向锁状态时，对象中markword中有一个线程ID,该线程id指向持有该偏向锁的线程，每次获得该锁之前，只需判断该线程ID是不是请求的线程，如果是的，则证明当前线程持有锁则不需要重新获取锁。

偏向锁初始化，当对象想获取偏向锁时，会使用CAS操作将MarkWrod中的线程id指向栈帧中锁记录得线程id,如果CAS失败则证明还有其他线程竞争资源，则可能转变成轻量级锁。

偏向锁的释放，不是在代码块执行完之后释放，而是如果有其他线程过来竞争，才会释放，这个时候由safepoint 判断当前线程是否处于不活动状态，如果处于不活动状态则释放锁。

偏向锁的关闭需要手动设置一个参数-XX:BiasedLockingStartupDelay=0

偏向锁 -> 轻量级锁

而是在偏向锁的获取过程中， 发现了竞争时，直接将一个被偏向的对象“升级到” 被加了轻量级锁的状态。这个操作的具体完成方式如下：

首先通过 MarkWord 中已经存在的 Thread Id 找到成功获取了偏向锁的那个线程, 暂停拥有偏向锁的线程，然后在该线程的栈帧中补充上轻量级加锁时，会保存的锁记录（Lock Record），然后将被获取了偏向锁对象的 MarkWord 更新为指向这条锁记录的指针。最后唤醒暂停线程

- 轻量级锁

线程在执行代码同步快时，会在线程的栈帧中创建用于存储锁记录的空间，并将对象的markWord 复制过去，称为Replace markWord ,然后采用CAS的方法，讲对象头下·中的markWord替换成指向锁记录的指针，如果替换成功则持有锁，如果替换失败，则采用自旋的方式获得锁，如果自旋（一定次数）获得锁失败，则会发生锁膨胀，升级为重量级锁，并进入阻塞状态，等到之前持有锁的线程释放锁则会唤醒阻塞的进程重新竞争锁。

-重量级锁

重量级锁依赖于操作系统的互斥量（mutex）实现。

3.java使用什么机制保证原子性操作呢？

1.使用CAS+自旋锁方式

但是存在三个问题

- ABA问题：如果一个值原来是A，变成了B，又变成了A,那么使用CAS进行检查时会发现它的值没有变化，但是实际上却发生了变化。解决思路是，使用版本号，在变量前追加版本号，每次变量更新把版本号加1，如A-B-A ==> 1A-2B-3A

- 循环时间开销太大

解决思路：jvm允许处理器使用pause指令

- 只能保证一个共享变量的原子操作

解决思路：JDK提供了AtomicReference类来保证引用对象之间的原子操作，就可以把多个变量放在一个对象里进行CAS操作了（还有一种将两个变量合并，如i=2,j=a ==> ij=2a）

2.使用锁机制实现原子操作

如偏向锁，轻量级锁，自旋锁，互斥锁

4.上下文切换

我们在获取锁和释放锁时都会造成上下文切换，如果频繁的上下文切换则会浪费资源

如何减少上下文切换呢？

- 使用CAS算法

-使用最少线程

-使用协程

5.并发工具类

1. CountDownLatch ---等待多线程完成

同步队列器

我们可以看到这里的CountDownLatch底层是实现了一个同步队列器的.

构造函数

这里有一个构造函数，当我们new CountDownLatch的时候实际上是在向同步队列器中设置了一个状态值，然后重写了tryAcquireShared()方法，这个地方就是获取同步状态的方法，可以看到这里是判断state==0?即只有state==0的时候才有机会获取到同步状态，否则其他情况下就都会加入到同步队列器中进行自旋等待。

额，如果想释放它，则必须让state==0所以重写了tryReleaseShared方法，这个方法用CAS保证了每次对state的减1操作，当state==0时就释放同步状态唤醒后继节点。

2.同步屏障CyclicBarrier

让一组线程达到一个屏障时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障时，屏障才会被打开。

提供两种构造函数：

1.）new CyclicBarrier(int count)//count 表示屏障拦截的线程数量，每个线程调用await()方法告诉CyclicBarrier直接达到屏障点。

代码演示

可以看到一直等到线程2到达同步点才释放同步状态。

2.）new CyclicBarrier(int count,Runnable Action);这个构造函数表示，当线程到达屏障时会优先处理第二个参数中的run方法。

代码演示

可以看到，CylicBarrier构造函数中的第二个参数被先执行了。一般可用于最后进行统计，比如最后汇总一年所消费的前，比如用一个线程计算一个月，最后用这个第二个参数进行统计所有的钱。

CylicBarrier底层的await()方法是用ReentrantLock 和该重入锁的Condition实现的，当我们调用初始化方法的时候，会初始一个parties和指向Runable 方法的参数。当我们调用await方法时，首先加锁操作，然后进行parties--操作，判断该index是否等于0,如果不等于0则调用Condition.await()被阻塞。一直等到其他线程调用await()方法将index减等于0时,则判断第二个参数是否存在，如果存在执行该方法，然后唤醒所有的等待线程，去竞争同步状态。依次执行后面的操作。

CylicBarrier 和 CountDownLatch的区别：

1.CylicBarrier 可以重复使用，而CountDownLach只能使用一次

2.CountDownLach底层使用的时同步队列器，而CylicBarrier 用的时Reentrantlock 和Condition

3.控制线程数的Semaphore

一般用来做流量控制，特别时公有资源有限的应用场景，通过acquire来获取许可证，release()方法来释放许可证。

4.线程间交换数据的Exchanger

6.AQS 队列同步器

1.）队列同步器的底层结构

同步队列中的节点（Node）用来保存获取同步状态失败的线程引用，等待状态，以及前驱和后继节点，节点属性类型与名称。

AQS 底层是维护着一个双链表的这样的形式来形成一个FIFO的队列，当一个线程获取到同步状态（锁）会被放入到同步器中，反之如果获取失败则会用CAS方式插入到尾部。

同步器包含两个节点的类型引用，一个指向头节点，一个指向尾节点，当一个线程成功的获取到同步状态时，其他线程将无法获取到同步状态，转而被构造成为节点加入到同步队列，而这个加入队列的过程必须保证线程的安全，因此同步器提供一个基于CAS的设置尾部节点的方法，compareAndSetTail(Node expect,Node update)。

AQS结构

首节点是获取同步状态成功的节点，首节点的线程在释放同步状态时，将会唤醒后继节点，而后继节点将会在获取同步状态成功时将自己设置为首节点。节点的值就是对线程的引用

2.）独占式同步状态获取与释放

- acquire(独占式获取)

独占式获取

这是同步器提供的模板方法，该方法独占式获取同步状态，如果说获取到同步状态则由该方法返回，否则会进入到同步队列中等待。

-tryAcquire 这个方法用于独占式获取同步状态，实现该方法需要查询当前状态并判断同步状态是否符合预期，然后再进行CAS设置同步状态，以下为简单实现。如果获取同步状态失败，则证明该线程没有持有锁。举个例子，比如1表示，准备获取锁，调用tryAcquire如果将state从0改成1了则证明该线程独占此锁，后面第二个进程进来，也想将state从0改成1则会返回false,证明该线程没有持有锁则进入了后后面的acquirQueued方法中了