多線程-sychronized鎖膨脹

sychronized

什麼是cas

cas的定義：在操作系統中，CAS通常代表“Compare And Swap”，它是一種原子操作，用於解決併發訪問的問題。具體地說，CAS操作會比較並交換一個內存位置的值，只有當內存位置的值與期望的值相等時，纔會將新值寫入該位置。如果內存位置的值與期望的值不相等，則說明這個內存位置已經被其他線程修改，此時CAS操作不會執行任何修改，並返回失敗狀態。
cas涉及的指令：cpmxchg,他通常和自旋鎖（spin lock）配合使用,這個自旋鎖在os/c++中實現略有不同具體如下，看os就行

linux內核下spin lock

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

c++中spin lock


#include <atomic>  // 頭文件

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;
};

在多線程程序中，CAS可以用來保證數據的一致性和正確性，防止出現競態條件等問題。因此，CAS操作是許多併發編程框架和實現中常用的技術之一。

什麼是公平鎖，什麼是公平鎖，先說reentrantlock

結論：公平與非公平鎖，其區別在於搶鎖之前是否排隊，一旦入隊，永遠排隊
1. 公平鎖搶鎖邏輯：線程進入-》調用lock方法-》然後tryAcquire（這裏具體如下獲取當前線程，判斷鎖的狀態是否是0，判斷鎖是否是否被人持有-》如果沒人持有看有沒有排隊的，若有人排隊自己也去排隊；如果鎖被人持有了則加鎖失敗，自己去入隊，如果自己是head，則自選取再次拿鎖嘗試）
非公平鎖搶鎖邏輯:線程進入-》調用lock方法-》然後tryAcquire(這裏具體行爲如下：獲取當前線程-》獲取鎖狀態是否爲0-》判斷是否被人持有，如果被人持有就自旋等待，外一成功就拿到了鎖，如果失敗了，進入隊列，此時會看上一個節點是不是head，如果是在自選一次嘗試拿鎖，還拿不到就排隊去)
這是別人畫的圖，講述整個流程

隊列：剛纔說到入隊，隊列的數據結構如下

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

關於synchronized是否是公平鎖

1. 像上面說的，是否公平就看入隊前是否搶鎖，入隊之後永遠排隊

鎖的基礎知識

首先介紹一下鎖，和內存分佈

無鎖：分爲101 無鎖可偏向，或者偏向鎖，如果前52個字符不是0，則代表偏向鎖，前52位是偏向線程id，如果後三位是001則代表無鎖,下面是對應的幾種情況
輕量鎖 00，一個64位，前62位是一個指針，看後兩位即可
重新加鎖和重入鎖的區別

偏向鎖膨脹的具體過程，結合c++代碼

偏向鎖的獲取過程，首先有一個鎖對象lock,在當前線程下創建lockrecord,然後判斷是否鎖是自己持有，是否過期，然後拿到鎖，這就是偏向鎖，當第一次之後獲取，比如第二次獲取，還是會建立lockrecord,判斷是否自己持有是否過期，如果滿足就拿到鎖不需要cas，所以性能最好，釋放的過程就是從棧中找到對應的lockrecord釋放掉
輕量鎖：假設t1釋放了偏向鎖，t2進來拿鎖，此時需要先進行偏向撤銷（簡單來說，撤銷偏向，置成無鎖001）

其內存變化如下：（看c++文件重新寫）

此時如果t2釋放鎖，t3來了，此時t3先生成無鎖的markword 00,然後lockrocrd中displacedword 設置成markword，之後cas判斷當前對象頭和內存中對應markword是否相等,如果相等就吧對象頭中的markword修改爲一個指針指向lockrecord，同時把對象頭中markword的後兩位改成00；
```
 	4.  輕量鎖膨脹爲重量鎖：t3修改之前，t4進來完成了t3要完成的操作，t3就是加鎖失敗這個時候就會膨脹，涉及到 pthredmutex;
```
1. 批量重偏向，這裏涉及到連續偏向撤銷20次，40次的倆個閾值問題：這裏說結論：當撤銷偏向鎖閾值超過 20 次後，jvm 會這樣覺得，我是不是偏向錯了呢，於是會在給這些對象加鎖時重新偏向至t2；當一個偏向鎖如果撤銷次數到達40的時候就認爲這個對象設計的有問題；那麼JVM會把這個對象所對應的類所有的對象都撤銷偏向鎖；並且新實例化的對象也是不可偏向的
2. 鎖膨脹的流程圖：