3. synchronized、CAS、volitale底层实现

synchronized、CAS、volitale底层实现

CAS

Atomic类都使用CAS，它依赖于Unsafe类提供的compareAndSwap方法，如AtomicInteger依赖的是Unsafe的compareAndSwapInt方法，其是native的，实现在jvm源码unsafe.cpp中；
unsafe.cpp中CompareAndSwapInt中是调用了Atomic::cmpxchg函数；
该函数在atomic_linux_x86_.inline.hpp中使用了汇编指令：

使用了LOCK_IF_MP和cmpxchg

synchronized

编译时候：使用字节码monitorenter和monitorexit指令对实现；
运行时：JVM会对monitor做加锁优化，偏向锁-轻量级锁-重量级锁；
lock 和cmpxchg汇编指令实现；

学会使用JOL

添加依赖：

 <dependency>
     <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
     <artifactId>jol-core</artifactId>
     <version>0.9</version>
 </dependency>

使用ClassLayout：

 Object o = new Object();
 System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());

分析结果：

 java.lang.Object object internals:
  OFFSET  SIZE   TYPE DESCRIPTION                               VALUE
       0     4        (object header)                           01 00 00 00 (00000001 00000000 00000000 00000000) (1)
       4     4        (object header)                           00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)
       8     4        (object header)                           e5 01 00 f8 (11100101 00000001 00000000 11111000) (-134217243)
      12     4        (loss due to the next object alignment)
 Instance size: 16 bytes
 Space losses: 0 bytes internal + 4 bytes external = 4 bytes total

普通对象（x64）：

0~8字节：markword
8~12字节:class pointer （启动了压缩指针）
以后的都是：实例数据；
以8字节为单位（64位处理器）：填充，loss due to the next object alignment，因为对齐而丢失的字节；

数组对象在class pointer和实例数据之间还有4个字节，表示数组的长度；

对象头信息：

64位：

64bitObjectHeader.jpg

32位：

32bitObjectHeader.jpg

锁升级（具体加锁对对象头产生的影响，看上面的图）：

对象new出来，第一次加锁，偏向锁；
竞争时，将升级为轻量级锁；
竞争比较大，多次重试无法获取到锁或者很多线程都在尝试获取同一个轻量级锁，将升级为重量级锁；

锁消除：

简单，仅仅放个标题；

锁粗话：

简单，仅仅放个标题；

hsdis插件可以查看jvm生成的汇编码：

启动时候指定参数，将打印生成的汇编码（需要暗转hsdis插件）：

java -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintAssembly xxx;

volitile：线程可见性、禁止重排序；

cpu超线程

内存中的数据要先加载到register中才能被cpu利用；

就是一个ALU单元对应两组register和PC，这样省去了这两个线程之间切换时上下文切换的开销；

局部性原理：

当我们使用某个数据时，很有可能会使用相邻的数据；

cache line(64个字节)

cacheLine.jpg

缓存失效是以缓存行为单位的；

disruptor 环形队列，单机最快的队列，使用到了缓存行对齐，即让不同的volatile 变量存放在不同的缓存行中，提升效率；

MESI Cache一致性协议（X86 cpu）：

每个缓存行有四种状态：

Modified[图片上传中...(32bitObjectHeader.jpg-c9214c-1594222995296-0)]
Exclusive
Shared
Invalid

跨越多个缓存行的数据，依然必须使用总线锁；

乱序执行：

int x,y,a,b;

new Thread(){
    run(){
        a=1;
        x=b;
    }
}.start();

new Thread(){
    run(){
        b=1;
        y=a;
    }
}.start();

如果没有乱序执行，那么x和y不会出现0和0的组合；

new 对象分几个步骤（加上指令重排序，所以DCL需要volatile）

new 分配空间（这里的new类似于malloc）；
init方法（构造方法）；
astore_1()；

volatile解决指令重排序

语言级别：volatile；
字节码：ACC_VOLATILE
JVM:内存屏障,可以保证屏障前面的不会被重排序到后面去
1. LoadLoad 屏障：屏障前Load操作和屏障后Load操作不能重排序，以下类似；
2. StoreStore
3. LoadStore
4. StoreLoad
```
 //JVM保证volatile禁止指令重排序；
 StoreStoreBarrier
 volatile写操作；
 StoreLoadBarrier

 LoadLoadBarrier
 volatile读操作；
 LoadStoreBarrier
```
hotspot：bytecodeinterpreter.cpp中实现：OrderAccess::fence();
linux：orderaccess_linux_x86.inline.hpp还是lock实现的,没有指定对象，直接锁了总线；

最后编辑于：2020.07.09 23:52:25