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大白话聊聊synchronized、CAS底层原理、Lock锁和锁升级原理

目录

               1、乐观锁和悲观锁的概念

               2、synchronized底层的原理

               3.  CAS的原理

               4.  并发包下Lock锁和synchronized对比

               5.  锁升级原理
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大家好，我是四九城最豪横的小耳朵。

今天咱们来用大白话聊聊synchronized、CAS底层原理、Lock锁和锁升级原理。

1、乐观锁和悲观锁的概念

比如线程A对某个变量进行修改，在这个修改期间，它持悲观心理，认为其他线程在这个期间，也有可能去修改这个变量，所以它就给变量加个锁，保证在它修改期间，别的线程没法去访问这个变量。这个锁就是悲观锁。悲观锁是重量级锁，代表对象synchronized关键字。

比如线程A对某个变量进行修改，在这个修改期间，它持乐观心理，认为其他线程在这个期间，不会去修改这个变量，所以它只在执行修改操作的时候，才会给变量加个锁。这个锁就是乐观锁。乐观锁是轻量级锁，代表对象CAS。

2、synchronized底层的原理

首先需要知道一个概念——monitor。

每个对象内部都有一个monitor，monitor里面有一个计数器，从0开始的。

如果这个线程想获取monitor的锁，就先判断monitor的计数器是不是为0，如果为0，说明没人获取锁，这个线程就可以获取锁，然后对计数器加1；如果不为0，说明已经有其他线程已经获取了锁，这个线程就必须阻塞等待。

synchronized底层的原理是跟jvm指令和monitor有关系的。

synchronized一般是对对象加锁，对类加锁也就是对类对象加锁。如果使用了synchronized关键字，在底层编译后的jvm指令中，会有monitorenter和monitorexit两个指令。线程进入synchronized代码片段，执行monitorenter指令对monitor计数器加1，这样其他线程发现monitor的计数器不为0，就阻塞等待；

线程出synchronized代码片段，执行monitorexit指令就是对monitor计数器减1，这样其他线程发现monitor的计数器为0，就可以拿到锁，给monitor的计数器加1，然后执行业务逻辑了。

上面的是针对synchronized对对象、类加锁的底层原理。

方法加锁不是通过monitor指令，而是通过ACC_SYNCHORNIZED关键字，判断方法是否同步。

3. CAS的原理

CAS，Conmpare And Swap，英文翻译过来就是“比较和交换”。它的过程是3步，第一步是读值，第二步比较值，看值和自己刚刚读的一不一样，第3步是修改，如果值跟自己读的一样，就修改。

CAS最经典的实现类就是AtomicInteger。

比如2个线程同时要对AtomicInteger加1，A线程读旧值，是0，B线程也读旧值，是0，A这时执行CAS操作，比较值，发现值和刚刚自己读的一样，都是0，然后它修改值为1；B线程执行CAS操作，比较值，发现值和刚刚自己读的不一样，变成1了，它相当于又读了一遍旧值，将自己内存中的旧值改为1，然后继续执行CAS操作。

CAS在底层的硬件级别给你保证一定是原子的，同一时间只有一个线程可以执行CAS，先比较再设置，其他的线程的CAS同时间去执行此时会失败。

CAS的bug是会出现的问题 ABA 空循环。如果要解决ABA 问题，可以使用AtomicStampedReference类, 它内部用类似创建版本号的方式来解决 ABA 问题。

4. 并发包下Lock锁和Synchronized对比

我觉得二者的主要区别是以下四点；

1.首先synchronized是java内置关键字，是jvm层面，Lock是个java类，是jdk层面；

2.synchronized无法判断是否获取锁的状态，Lock可以判断是否获取到锁；

3.synchronized会自动释放锁，Lock需在finally中手工释放锁（unlock()方法释放锁），否则容易造成线程死锁；

4.Lock锁适合大量同步的代码的同步问题，synchronized锁适合代码少量的同步问题。

5. 锁升级原理

一开始是无锁的状态，一上来会先去判断一下有没有锁，有锁的话最开始的时候锁是支持偏向锁的。偏向锁当前获取到锁资源的这个线程，我会优先让他再去获取这个锁，如果它没获取到这个锁，就升级为一个轻量级的，一个cas锁，即乐观锁，乐观锁的时候它是一个比较和交换的过程，如果没有设置成功的话，它会进行一个自旋，然后自旋到一定次数之后才会升级成一个synchronized的这样一个重量级的锁，这样的话他就保证了性能的问题。你想想如果一开始就是synchronized这样一个重量级的锁，那性能就比较差了。