「java锁膨胀cas」java中乐观锁
本篇文章给大家谈谈java锁膨胀cas，以及java中乐观锁对应的知识点，希望对各位有所帮助，不要忘了收藏本站喔。
本文目录一览：
- 1、java使用cas 循环时间长开销大为什么还是用
- 2、synchronized锁的优化
- 3、JVM锁升级的过程
- 4、JAVA锁有哪些种类，以及区别
- 5、线程安全CAS思想
- 6、java中CAS和乐观锁之间存在什么联系
java使用cas 循环时间长开销大为什么还是用
因为cas循环只需要在用户态就可以完成，如果线程挂起再唤醒，需要从用户态到系统态，这个远比循环的开销大多了。所以cas比较适合在能快速获取锁的情况，如果长期占用锁，还是挂起线程要好
synchronized锁的优化
Java SE 1.6为了减少获得锁和释放锁带来的性能消耗，引入了“偏向锁”和“轻量级锁”。锁一共有四个状态，级别从低到高依次是：无锁、偏向锁、轻量级锁和重量级锁。这个几个状态会随着竞争情况逐渐升级，锁可以升级但不能降级。
Java HotSpot 虚拟机中，每个对象都有对象头（包括 class 指针和 Mark Word）。Mark Word 平时存储这个对象的 哈希码 、 分代年龄 ，当加锁时，这些信息就根据情况被替换为 标记位 、 线程锁记录指 针 、 重量级锁指针 、 线程ID 等内容。
1.偏向锁
HotSpot的作者发现，大多数情况下，锁不紧不存在多线程竞争，而且总是被同一个线程多次获得，为了让线程获取锁的代价更低引入了偏向锁。
当一个线程获取锁时，会在对象头和栈帧的锁记录里存储偏向锁的线程id，以后线程再进入和退出锁时，不需要CAS操作来加锁和解锁，只需测试下对象头的Mark Word里是否存储着当前线程id。
2.轻量级锁
当一个线程虽然有多个线程访问，但是访问时间是错开的，这种情况就可以用轻量级锁优化。
3.锁膨胀
如果在尝试加轻量级锁的过程中，CAS操作无法成功，说明这时已经有其他线程加上了轻量级锁，也就是说存在了锁竞争，这时轻量级锁要膨胀成重量级锁。
4.自旋锁
重量级锁竞争的时候，还可以使用自旋来进行优化，如果当前线程自旋成功（即这时候持锁线程已经退出了同步块，释放了锁），这时当前线程就可以避免阻塞。
在 Java 6 之后自旋锁是自适应的，比如对象刚刚的一次自旋操作成功过，那么认为这次自旋成功的可能性会高，就多自旋几次；反之，就少自旋甚至不自旋。
5.其他优化
JVM锁升级的过程
JDK6对Synchronized进行了优化，不再默认是重量级锁，有了锁升级过程。
因为经过HotSpot的作者大量的研究发现，大多数时候是不存在锁竞争的，常常是一个线程多次获得同一个锁，因此如果每次都要竞争锁会增大很多没有必要付出的代价，为了降低获取锁的代价，才引入的偏向锁。
如果一块临界区从未被任何线程访问过，则它就一直处于无锁状态。当第一个线程来访问它时，这时候线程会判断锁状态标志位为01偏向标志位为0，表示无锁且可以使用偏向锁。这时就会启动加偏向锁的过程：
如果CAS操作成功，则该线程就获取到了偏向锁，该线程每次进入同步块时就再也不用加锁解锁了。如果CAS操作失败，说明发生了锁竞争，进入升级轻量级锁过程。
轻量级锁考虑的是竞争锁对象的线程不多，而且线程持有锁的时间也不长的情景。因为阻塞线程需要CPU从用户态转到内核态，代价较大，如果刚刚阻塞不久这个锁就被释放了，那这个代价就有点得不偿失了，因此这个时候就干脆不阻塞这个线程，让它自旋着等待锁释放。
当第二个线程尝试获取已被置为偏向的锁时，偏向模式就马上宣告结束。根据锁对象目前是否处于被锁定的状态来决定是否撤销偏向（偏向标志设为0），撤销后锁标志位恢复到未锁定或轻量级锁的状态。如果对象处于锁定状态，则直接将锁升级到重量级锁，否则由当前试图访问到线程加上轻量级锁。轻量级锁的加锁过程如下：
如果出现两个以上的线程争用同一个锁的情况，那轻量级锁就不再有效，必须要膨胀为重量级锁，锁标志位状态改为10，此时Mark Word中存储的就是指向重量级锁的指针，后面等待锁的线程也不许进入阻塞状态。
JAVA锁有哪些种类，以及区别
常见的Java锁有下面这些：
公平锁/非公平锁
可重入锁
独享锁/共享锁
互斥锁/读写锁
乐观锁/悲观锁
分段锁
偏向锁/轻量级锁/重量级锁
自旋锁
这些分类并不是全是指锁的状态，有的指锁的特性，有的指锁的设计，下面总结的内容是对每个锁的名词进行一定的解释。
公平锁/非公平锁
公平锁是指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁。
非公平锁是指多个线程获取锁的顺序并不是按照申请锁的顺序，有可能后申请的线程比先申请的线程优先获取锁。有可能，会造成优先级反转或者饥饿现象。
对于Java ReentrantLock而言，通过构造函数指定该锁是否是公平锁，默认是非公平锁。非公平锁的优点在于吞吐量比公平锁大。
对于Synchronized而言，也是一种非公平锁。由于其并不像ReentrantLock是通过AQS的来实现线程调度，所以并没有任何办法使其变成公平锁。
可重入锁
可重入锁又名递归锁，是指在同一个线程在外层方法获取锁的时候，在进入内层方法会自动获取锁。说的有点抽象，下面会有一个代码的示例。
对于Java ReentrantLock而言, 他的名字就可以看出是一个可重入锁，其名字是Re entrant Lock重新进入锁。
对于Synchronized而言,也是一个可重入锁。可重入锁的一个好处是可一定程度避免死锁。
synchronized void setA() throws Exception{
Thread.sleep(1000);
setB();
}synchronized void setB() throws Exception{
Thread.sleep(1000);
}
上面的代码就是一个可重入锁的一个特点，如果不是可重入锁的话，setB可能不会被当前线程执行，可能造成死锁。
独享锁/共享锁
独享锁是指该锁一次只能被一个线程所持有。
共享锁是指该锁可被多个线程所持有。
对于Java ReentrantLock而言，其是独享锁。但是对于Lock的另一个实现类ReadWriteLock，其读锁是共享锁，其写锁是独享锁。
读锁的共享锁可保证并发读是非常高效的，读写，写读 ，写写的过程是互斥的。
独享锁与共享锁也是通过AQS来实现的，通过实现不同的方法，来实现独享或者共享。
对于Synchronized而言，当然是独享锁。
互斥锁/读写锁
上面讲的独享锁/共享锁就是一种广义的说法，互斥锁/读写锁就是具体的实现。
互斥锁在Java中的具体实现就是ReentrantLock
读写锁在Java中的具体实现就是ReadWriteLock
乐观锁/悲观锁
乐观锁与悲观锁不是指具体的什么类型的锁，而是指看待并发同步的角度。
悲观锁认为对于同一个数据的并发操作，一定是会发生修改的，哪怕没有修改，也会认为修改。因此对于同一个数据的并发操作，悲观锁采取加锁的形式。悲观的认为，不加锁的并发操作一定会出问题。
乐观锁则认为对于同一个数据的并发操作，是不会发生修改的。在更新数据的时候，会采用尝试更新，不断重新的方式更新数据。乐观的认为，不加锁的并发操作是没有事情的。
从上面的描述我们可以看出，悲观锁适合写操作非常多的场景，乐观锁适合读操作非常多的场景，不加锁会带来大量的性能提升。
悲观锁在Java中的使用，就是利用各种锁。
乐观锁在Java中的使用，是无锁编程，常常采用的是CAS算法，典型的例子就是原子类，通过CAS自旋实现原子操作的更新。
分段锁
分段锁其实是一种锁的设计，并不是具体的一种锁，对于ConcurrentHashMap而言，其并发的实现就是通过分段锁的形式来实现高效的并发操作。
我们以ConcurrentHashMap来说一下分段锁的含义以及设计思想，ConcurrentHashMap中的分段锁称为Segment，它即类似于HashMap（JDK7与JDK8中HashMap的实现）的结构，即内部拥有一个Entry数组，数组中的每个元素又是一个链表；同时又是一个ReentrantLock（Segment继承了ReentrantLock)。
当需要put元素的时候，并不是对整个hashmap进行加锁，而是先通过hashcode来知道他要放在那一个分段中，然后对这个分段进行加锁，所以当多线程put的时候，只要不是放在一个分段中，就实现了真正的并行的插入。
但是，在统计size的时候，可就是获取hashmap全局信息的时候，就需要获取所有的分段锁才能统计。
分段锁的设计目的是细化锁的粒度，当操作不需要更新整个数组的时候，就仅仅针对数组中的一项进行加锁操作。
偏向锁/轻量级锁/重量级锁
这三种锁是指锁的状态，并且是针对Synchronized。在Java 5通过引入锁升级的机制来实现高效Synchronized。这三种锁的状态是通过对象监视器在对象头中的字段来表明的。
偏向锁是指一段同步代码一直被一个线程所访问，那么该线程会自动获取锁。降低获取锁的代价。
轻量级锁是指当锁是偏向锁的时候，被另一个线程所访问，偏向锁就会升级为轻量级锁，其他线程会通过自旋的形式尝试获取锁，不会阻塞，提高性能。
重量级锁是指当锁为轻量级锁的时候，另一个线程虽然是自旋，但自旋不会一直持续下去，当自旋一定次数的时候，还没有获取到锁，就会进入阻塞，该锁膨胀为重量级锁。重量级锁会让其他申请的线程进入阻塞，性能降低。
自旋锁
在Java中，自旋锁是指尝试获取锁的线程不会立即阻塞，而是采用循环的方式去尝试获取锁，这样的好处是减少线程上下文切换的消耗，缺点是循环会消耗CPU。
线程安全CAS思想
在java中，对很多常见的需要加锁的操作进行了封装，例如Atomic开头的一些类，这些类是线程安全的，但是内部却不是用synchronized加锁实现，而是CAS。cas是compare and set的缩写。
CAS操作会有ABA问题，意思就是一个线程在操作的时候，另一个线程把数据修改了，然后又改了回去，单纯比较值似乎没有变化。
ABA问题对于基础数据类型的数据其实没有太大影响，如果不是基础类型，并且必须处理ABA问题，可以考虑增加版本号管理，在compare的时候连版本号一起比较。
就像AtomicInteger类，如果要处理ABA问题可以考虑使用AtomicStampedReference类。
jdk中有很多使用CAS实现的锁，例如ReentrantLock，ReenTrantLock相比synchronized更加灵活，不过从实现上来说可能稍微麻烦些，其中有一点就是需要手动解锁；
ReentrantLock比较灵活灵活，是因为它可以被打断，使用lockInterruptibly()，在创建lock对象的时候，还可以选择使用公平锁还是非公平锁，默认是非公平的，如果要公平，则可以在后边参数中传true
java中CAS和乐观锁之间存在什么联系
CAS是乐观锁的一种指令吧，乐观锁就是说先去干如果没有其它线程争用共享资源，那么它就成功了，如果有，那么它就需要一些补偿措施，比如失败，比如重试一次。但是它需要保证运行和检查是原子操作，是需要指令集的支持的，常用的这种指令有比较并交换(cas)，检查并增加等等吧。
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