Montior 锁

1. 通过插入 monitorenter/monitorexit 来实现同步块
2. 锁存在 Object Header 里的 Mark Word 上。Mark Word 无锁状态下存储分代信息，hashCode等。Mark Word 上2bit 的锁标志，表示当前的锁的类型

偏向锁

在mark word 中存储指向持有锁的线程的 id。

获取：

1. 检查mark word 中的thead id 是否为自己，是则已经持有锁。
2. 否则如果是处在可偏向状态，则尝试CAS 设置thread id
3. 如果CAS 失败，则需要等到全局安全点，尝试撤销锁。检查持有锁的线程，将等待线程升级为轻量锁然后唤醒，或者如果持有锁的线程已经不再或有则尝试重新偏向。

轻量级锁

把mark word记录到自己的栈上，然后将mark word 替换为指向这条记录的指针。

1. 复制mark word 到栈上
2. 尝试CAS 替换mark word 为指向栈上记录的指针，如成功则成功加锁
3. 如果失败，则尝试自旋一段时间，任然无法获取则膨胀微重量级锁
4. 获取所得线程解锁时，唤醒对应的重量级锁

重量级锁

使用操作系统的锁。mark word 被替换为指向mutex 的指针。使用 pthread_cond_wait/pthread_cond_signal 来等待/唤醒线程

内存顺序

指令实际的内存执行顺序可以被三个因素影响

1. 编译器优化重排序
2. CPU 优化重排序
3. CPU 缓存导致的重排序

对应阻止重排序的方法
遵循Java 的Happens-Before内存顺序模型

1. 编译器。不重排序有前后依赖的指令。
2. CPU。插入内存屏障

Happens before 模型

A happens before B 指。A 的内存操作对于B 可见

1. 同一线程中，指令A 在 B 前面，则A happends before B
2. 锁的获取happens before 锁的释放
3. 一个voliate写happens before 另一个voliate读
4. Thread A 里 start Thread B. 则 threadB.start() happens before 任意 thread 中的操作。
5. Thread B 中的操作 happens before threadB.join()
6. 遵循传递率。A happens before B, B happens before C 则 A happens before C

CPU 内存屏障

1. LoadLoad
2. LoadStore
3. StoreStore
4. StoreLoad

Volatile

内存语义

1. volatile 写使得线程对应本地内存的共享变量被刷回主内存。
2. volatile 读使得本地内存的共享变量无效，必须从主内存中读取。

实现方法

编译器层面

禁止volatile 操作和其他指令的重排

1. volatile读 当前一个操作为volatile读时，禁止与后续操作重排
2. volatile写 当后一个操作为volatile写时，禁止与前面的操作重排

CPU层面

插入内存屏障

1. volatile读 在其后面插入 loadload, loadStore 屏障。使volatile读立即对接下来的操作可见
2. volatile写 在前面插入 storestore, 后面加入storeload。使得volatile写之钱的写操作都可见。同时不会与后面可能的volatile读操作重排。

Final

对final 的赋值不会溢出 constructor。保证外界不会观察到final的值得变化。

例子

Double-Checked Locking (DCL)

错误原因，对共享变量赋值的部分，和检查获取共享变量的部分，没有同步。

instance = new Foo() 并非atmoic，需要

1. 分配内存
2. 使用constructor初始化
3. 赋值给instance

step2, 3 可能被重排，导致其他线程获取到未初始化的实例

Solutions

• volatile instance。禁止重排，保证可见
• 将初始化代码移动到 class static block 中。