java高并发核心要点|系列2|锁的底层实现原理

上篇文章，我们主要讲了解决多线程之间共享数据的核心问题和解决方案，也讲了锁的简单分类。

那么，这把锁，我们应该怎么去实现呢？如果你是java语言设计者，你又会怎么去设计这个线程锁呢？

直觉告诉我们，我们可以设计一个对象或属性，用来代表锁。比如，你把共享数据区当成抽屉，那这个抽屉就可设计出有锁，有钥匙，其实锁和钥匙，就是这个抽屉的必要属性。否则，这个抽屉，也就失去主要用途了。

是的，java设计者，也是这样的想的。

在JVM的规范中，有这么一些话：  
  “在JVM中，每个对象和类在逻辑上都是和一个监视器相关联的”  
    “为了实现监视器的排他性监视能力，JVM为每一个对象和类都关联一个锁”  
  “锁住了一个对象，就是获得对象相关联的监视器”

这三段定义，也许比较模糊又或者比较难懂 。在这里，我们就把监视器，想象成个抽屉就好了，有抽屉就有锁。要访问抽屉，就要拥有这个抽屉的钥匙。

在java世界中，一般用这几个方法来实现锁与线程同步：synchronized，wait/notify/notifyAll.

我们知道，synchronized是用来锁定同步代码块或方法或类，那么synchronized，又是如何实现 的呢？

Synchronized是通过对象内部的一个叫做监视器锁（monitor）来实现的。但是监视器锁本质又是依赖于底层的操作系统的Mutex Lock（互斥锁）来实现的。而操作系统实现线程之间的切换这就需要从用户态转换到核心态，这个成本非常高，状态之间的转换需要相对比较长的时间，这就是为什么Synchronized效率低的原因。因此，这种依赖于操作系统Mutex Lock所实现的锁我们称之为“重量级锁”。JDK中对Synchronized做的种种优化，其核心都是为了减少这种重量级锁的使用。JDK1.6以后，为了减少获得锁和释放锁所带来的性能消耗，提高性能，引入了“轻量级锁”和“偏向锁”。

那么这个轻量级锁，又是如何实现的呢？

CAS算法。

什么是CAS？简单来讲，它就是一条CPU原子指令：Compare and Swap, 翻译成比较并交换。

CAS有3个操作数，内存值V，旧的预期值A，要修改的新值B。当且仅当预期值A和内存值V相同时，将内存值V修改为B，否则什么都不做。

简单来说，CPU从指令层级来保证数据的原子性。要么改成最新值，要么什么不做。

这个就是无锁或轻量级锁的核心知识。