1.线程模型

1.1什么是线程模型？

Java字节码文件运行在JVM中，JVM运行在各个系统上。所以当JVM想要进行线程创建回收等操作的时候，势必会调用操作系统相关的接口。也就是说JVM线程与操作系统的线程存在着某种映射关系，这两种不同维度的线程之间的协议和规范，就是线程模型。
JVM线程对不同的操作系统上的原生线程进行了高级抽象，使我们在开发的时候不必关注底层原理，只需要专注于java程序本身。

1.2JVM线程模型

JVM的三种线程模型，一对一，一对多，多对多
一对一
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优点：每个线程都是独立的调度单元，直接利用操作系统内核提供的调度功能
缺点：用户线程的阻塞唤醒，会直接映射到内核线程上，容易引起频繁切换，降低性能。但是一些语言引入了CAS来避免一部分的内核调用，比如Java引入了AQS这种函数级别的锁，减少使用内核级别的锁，就能提升性能。
Linux内核能够创建的资源是有限的的，所以这在一定程度上会限制并发量。
目前大部分主流虚拟机采用的都是这种线程模型
UT=用户线程，KLT=内核线程，LWP=轻量级线程

多对一
多个用户线程映射到一个内核线程上，用户线程的调度需要用户空间来完成
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优点：
提升并发量上限，大部分调度和同步操作都在用户空间完成，减少线程状态的切换，能够提升性能
缺点：
当一个用户线程进行了内核调用并阻塞了，其他所有的线程也会阻塞
java早期就是这种模式后来已经被抛弃了

多对多
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2.什么是锁？

在并发环境下，多个线程会对同一个资源进行争抢，可能会导致数据不一致的问题，为了解决这个问题，许多编程语言都引入了锁机制，通过抽象的锁来对资源进行锁定。

3.Java中的锁

3.1锁

  1. Java中每个Object对象都带有一把锁，锁中记录了当前对象被哪一把锁占用，锁是存放在对象头中的。

3.2 对象，对象头的结构

Java对象的结构，如下图所示
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  1. # Object 的各个结构
  2.  - 对齐填充字节
  3.          - 为了满足java对象大小必须是8bit的倍数，为了对象的大小填充的一些无用字节
  4.  - 实例数据
  5.          - 对象中定义的方法，属性
  6.  - 对象头
  7.          - 对象本身的运行时信息，包含两部分
  8.     markword和classpoint（指针，指向当前类型所在方法区中的位置）
  9.     markword存储的数据如下图所示

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对象中包含的锁的状态就存放在对象头的markword中，锁标志位代表了当前对象中存放的不同的锁的类型，我们主要研究的就是不同的锁的类型

4.Synchronized关键词

java中的锁关键词就是synchronized，那synchronized关键词通过javac编译以后会生成两条字节码指令，分别是monitorenter和monitorexit，依赖这两个字节码指令来进行线程同步
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Monitore 监视器（监视程序的状态）
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4.1Synchronized的同步机制image.png

entryset中聚集了一些想要进入monitre的进程
假设现在A线程成功进入monitre中执行任务，那么他的状态就会由waiting变成active，假设此时有一个语句，是A的状态改变，则A进入WaitSet重新编程waiting状态，也就是我们常说的等待池，因为A释放掉了锁，则线程B可以进入monitre中执行任务，在B执行完成以后，可以通过notify来唤醒线程A，然后再执行完成以后退出monitre

4.2Synchronized的性能问题

  2. # synchronized被编译后实际上是moniterenter和monitorexit
  3.  - monitor 是依赖于操作系统的mutexlock实现的，简单来说，每次切换线程有课程切换线程
  4.    的时间大于程序本身的执行时间，所以在java6以后对synchronized进行了优化，
  5.    引入了偏向锁和轻量级锁
  6.    所以锁分别有四种状态
  7.    无锁，偏向锁，轻量级锁，重量级锁
  8.    这也对应了markword中锁标记位的四种状态
  9.    锁只能升级不能降级

4.3锁的四种状态

在java6以后，为了优化synchronized的性能，引入了偏向锁和轻量级锁，所以锁的四种状态分别是
无锁，偏向锁，轻量级锁，重量级锁
这也对应了markword中锁标记位的四种状态
锁只能升级不能降级

4.3.1 无锁

即对象不加锁，所有的线程都能访问到该资源。则会导致两种情况的出现，一种是该资源出现在多线程环境下，或者出现在多线程环境下，也不需要进行保护。第二种就是资源会竞争，但是不想锁定，还是想通过一些机制保护资源
那么我们可以使用其他的手段，使同时只有一个线程能够修改成功其他修改失败的线程会循环等待，直到成功为止，这就是CAS

  1. CAS:
  2. compare and swap
  3. CAS在操作系统中是通过一条指令来实现的，所以就可以保证操作的原子性，所以我们可以通过
  4. 无锁编程的方式实现线程安全

因为synchronized是通过操作系统的monitor指令来完成的，所以性能比较低下，通过对比我们可知，无锁的性能是非常高的，但并不意味之无锁可以代替有锁

4.3.2 偏向锁

假如一个对象被加锁了，但在实际运行时，只有一个线程能获得这个对象锁，那么我们最理想的方式就是不通过线程状态切换，因为线程切换也需要消耗资源也不要CAS做，我们希望的是最好对象能够认识这个线程，只要是这个线程过来，对象就直接把锁交出去，我们就认为对象偏爱这个线程，就成为偏向锁。

  1. # 偏向锁的实现原理
  2. - 在markword中，如果锁标志位为01，那么判断倒数第三个bit是否为1，如果是1，那么
  3.   代表当前对象的锁状态是偏向锁，否则就是无锁
  4.   如果锁为偏向锁，那么再去markword读前23个bit，这23个bit就是线程id，也就是偏向的
  5.   线程id

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4.3.3轻量级锁

当锁还是偏向锁的时候，通过判断线程的id来判断给不给锁，那么升级成轻量级锁呢？
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  1. # 轻量级锁如何判断线程
  2.  - 当看到锁标记位为00的时候，那么就知道他是轻量级锁