Java锁

《Linux内核设计与实现》

为什么内核系统调用比较慢？
0x80 硬中断信号, 系统函数调用
切换用户态和内核态，线程空间。

CAS 比较和交换 自旋锁 (ABA问题，加版本号检查) 乐观锁

LOCK_IF_MP

Java底层Unsafe C++内联 lock cmpxchg 汇编指令，在多核CPU机器上调用
lock 锁定CPU总线，无法被其他指令打断，lock指令在执行后面指令的时候锁定一个北桥信号。synchronized 同原理。（用户态汇编指令，不经过系统内核）
最终通过硬件级别锁总线，北桥信号

被volatile关键字修饰的变量也会存在一个 ‘lock:’ 的前缀

JOL (java object Layout)
Object 内存布局

org.openjdk.jol 查看内存布局的工具
ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable();

字节数被8整除
markword （8字节 64位 记录锁信息，记录GC信息，记录 Identity HashCode)
class pointer 类指针
instance data
padding (需要被8整除)

给对象加锁，就是修改markword的值
对象分代年龄只占4位，G1，PS，PO等默认最高15
CMS 默认分代最多6
ZGS等没有分代

锁升级步骤

偏向锁(用户态 CAS 当前线程指针)–>轻量级锁(用户态 CAS)–>重量级锁(内核态)

Hotspot源码

为何会有偏向锁？
多数synchronized方法很多情况下只有一个线程在运行。
StringBuffer中的一些sync方法，Vector中的一些sync方法。

markword

*001 无锁态
*101 偏向锁状态
**00 轻量锁
**10 重量级锁
**11 GC回收中

偏向锁启用有延迟，JVM启动4秒之后（若启动时资源竞争激烈，则无必要启用偏向锁）, 启动之前对象默认是没有偏向锁的。
95%的情况下不需要竞争(偏向锁) –> 竞争增加(2+线程竞争) –> 轻量锁（CAS自旋检查markword锁状态，消耗CPU）–> 竞争加剧（JDK1.6 10次以上自旋，CPU核数/2以上线程,需要调优;JDK 1.7+ 自适应自旋） –> 重量级锁（线程等待队列，不消耗CPU）

Epoch 批量重偏向，批量锁撤销。

锁升级会stw

锁重入：
synchronized可重入锁
LockRecord是栈帧里的一条记录，把markword复制了一份
可重入锁的加锁是在线程的栈帧中，每多一重锁，入栈一个Lock Record

AQS的state来记录重入的

JIT 即时编译器（Just In-Time）

volatile

static volatile int flag=false;
线程可见性（线程本地缓存）
禁止指令重排序 (指令重排序，CPU打破指令执行顺序，优化效率)

延迟初始化的DLC(Double Check Lock)，会发生极低概率的bug。（百万级并发运行半年以上，对象半初始化时，发生了指令重排序，另一线程抢先拿到了尚未正常初始化的对象），通过对单例增加volatile防止情况发生。

JSR内存屏障，底层实现lock一条空指令
lock addl 0
底层c++通过lock指令对共享内存独占使用，

MESI(Modified已修改 Exclusive独占 Shared共享 Invalid 无效) 是缓存一致性协议的一种，是Intelx86使用的。
一个缓存行 64字节 8个long (工业折中值)
@sun.misc.Contended

public volatile long p1,p2,p3,p4,p5,p5,p6,p7;
public volatile long x = 0L
public volatile long p9,p10,p11,p12,p13,p14,p15;

分代回收算法

标记清除，复制，标记压缩

eden, survivor, survivor, tunured

新生代 大量死去，少量存活，采用复制算法（不同的垃圾回收器 Serial, ParallelScavenge, ParNew）

svuvivor 最大年龄，CMS默认年龄6，其他大都15 (不同的垃圾回收器 SerialOld, ParallelOld, CMS)

老年代 存活率高，回收较少，采用标记清除或标记压缩

内存越来越大，导致单线程Stop_The_World算法（SerialOld）代价太大，出现了多线程STW算法（ParalleOld）

内存继续增大，多线程STW算法消耗了过多的时间在线程切换上，于是出现了承前启后的CMS（concurrent mark sweep）回收算法(并发标记，并发清除)

Java 8 G1
Java 9 G1
Java 11 ZGC
Java 12 Shenadoah

Epsilon

什么是JVM调优

1. 根据需求进行JVM规划和预调优
2. 优化JVM运行环境（卡、慢）
3. 解决JVM运行过程中的问题（OOM，内存泄漏）

定位内存泄漏：

jstack
jmap(arthas 无法取代的命令)
jsoncole
arthas

jps
top -Hp [PID]
jmap -histo [PID] | head -20   #按对象总数总占用空间大小逆序排列

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