Java底层原理篇

被变态的面试官折磨过吗？必须的，这篇就来说说那些面试官常问的所谓原理！同样的，遇到了就会上来更新，并不会立马写完O(∩_∩)O嗯!

一、介绍

• 所谓原理
  • 原理这个词字我这里理解有下面几层意思：
    1. 代码的执行流程；
    2. 怎么实现的；
  • 看了上面的解释有没有想打我的冲动？如何解释呢？
    1. 执行流程：基本上就会牵扯到一些设计模式之类的问题；
    2. 实现原理：看名字就知道会牵扯到一些数据结构方面的知识；
  • 所以呢，面试的时候如果被问到这类问题，就想想问到的问题具有上面的哪个特征，有哪个，说哪个，两个都有就全说。 (@ο@) 哇～

二、常见原理类问题解析

1. synchronized底层是怎么实现的？参考
   • 实现方式：
     • synchronized修饰的代码块：底层使用monitorenter和monitorexit指令完成代码块锁的实现；
     • synchronized修饰的方法：底层使用ACC_SYNCHRONIZED标识完成方法锁的实现；
   • 锁的四种状态：无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态、重量级锁状态；这四个状态随着竞争的激烈而逐渐升级；注意：锁可以升级但是不可降级，这种策略是为了提高获得锁和释放锁的效率；
     • 偏向锁：引入偏向锁的目的和引入轻量级锁的目的很像，他们都是为了没有多线程竞争的前提下，减少传统的重量级锁使用操作系统互斥量产生的性能消耗。轻量级锁和偏向锁不同的是：轻量级锁在无竞争的情况下使用 CAS 操作去代替使用互斥量，而偏向锁在无竞争的情况下会把整个同步都消除掉。偏向锁的“偏”就是偏心的偏，它的意思是会偏向于第一个获得它的线程，如果在接下来的执行中，该锁没有被其他线程获取，那么持有偏向锁的线程就不需要进行同步！但是对于锁竞争比较激烈的场合，偏向锁就失效了，因为这样场合极有可能每次申请锁的线程都是不相同的，因此这种场合下不应该使用偏向锁，否则会得不偿失。
     • 轻量级锁：倘若偏向锁失败，虚拟机并不会立即升级为重量级锁，它还会尝试使用一种称为轻量级锁的优化手段(JDK1.6引入)。轻量级锁不是为了代替重量级锁，它的本意是在没有多线程竞争的前提下，减少传统的重量级锁使用操作系统互斥量产生的性能消耗，因为使用轻量级锁时，不需要申请互斥量。另外，轻量级锁的加锁和解锁都用到了CAS操作。注意：轻量级锁能够提升程序同步性能的条件是“对于绝大部分锁，在整个同步周期内都是不存在竞争的”，这是一个经验数据。如果没有竞争，轻量级锁使用 CAS 操作避免了使用互斥量操作的开销。但如果存在锁竞争，除了互斥量开销外，还会额外发生CAS操作，因此在有锁竞争的情况下，轻量级锁比传统的重量级锁更慢！如果锁竞争激烈，那么轻量级将很快膨胀为重量级锁！
     • 自旋锁和自适应自旋锁
   • 扩展：
     • monitor，这里指的是监视器锁，这个底层锁依赖于操作系统的 Mutex Lock 来实现的，Java 的线程是映射到操作系统的原生线程之上的。如果要操作一个线程(如：挂起或者唤醒)，都需要操作系统帮忙完成，而操作系统实现线程之间的切换时需要从用户态转换到内核态，这个状态之间的转换需要相对比较长的时间，时间成本相对较高，这也是为什么早期的 synchronized 效率低的原因；JDK6中对synchronized关键字进行了相当大的优化。对锁的实现引入了大量的优化，如自旋锁、适应性自旋锁、锁消除、锁粗化、偏向锁、轻量级锁等技术来减少锁操作的开销。
     • 查看Java的汇编指令：

       javap -c -s -v -l <class-name>.class