CAS,AQS,volatile,native,synchronized,lock关键字解读以及它们之间的联系（高频面试）

1.CAS

CAS比较并交换，没啥好说的，下面来说一下具体实现底层

•         CAS底层是由native修饰的，native是调用的本地C++代码Safe.app类中的  lock _IF_MP方法,什么意思呢？就是说如果（IF）计算机是多核状态下（MP）加锁（lock）,在什么时候加锁呢，在比较并交换的时候
•         相比于synchronized，CAS是基于cpu实现的数据一致性，而synchronized是基于jvm层操作的，锁的粒度可以更大。CAS的性能将会更高

• Doug Lea在CAS的基础上帮助我们实现了一些原子类，其中就包括现在看到的AtomicInteger，还有其他很多原子类……

  CAS的缺点：CAS只能保证对一个变量的操作是原子性的，无法实现对多行代码实现原子性。

• CAS的问题：

• ABA问题：问题如下，可以引入版本号的方式，来解决ABA的问题。Java中提供了一个类在CAS时，针对各个版本追加版本号的操作。 AtomicStampeReference

  

• AtomicStampedReference在CAS时，不但会判断原值，还会比较版本信息。

• public static void main(String[] args) {
      AtomicStampedReference<String> reference = new AtomicStampedReference<>("AAA",1);
  
      String oldValue = reference.getReference();
      int oldVersion = reference.getStamp();
  
      boolean b = reference.compareAndSet(oldValue, "B", oldVersion, oldVersion + 1);
      System.out.println("修改1版本的：" + b);
  
      boolean c = reference.compareAndSet("B", "C", 1, 1 + 1);
      System.out.println("修改2版本的：" + c);
  }

• 自旋时间过长问题：

  • 可以指定CAS一共循环多少次，如果超过这个次数，直接失败/或者挂起线程。（自旋锁、自适应自旋锁）
  • 可以在CAS一次失败后，将这个操作暂存起来，后面需要获取结果时，将暂存的操作全部执行，再返回最后的结果。

 2.AQS

        AQS的数据结构是一个volatile的state和一个双向队列,ReentrantLock底层是基于AQS实现的，有一个基于CAS维护的state变量来实现锁的操作，而ReentrantLock是Lock接口的一个实现

  3.Volatile

•        Volatile 是怎么保证线程之间的可见性的呢？首先我们先了解一下X86硬件的内存屏障？

sfence: store| 在sfence指令前的写操作当必须在sfence指令后的写操作前完成。 lfence：load | 在lfence指令前的读操作当必须在lfence指令后的读操作前完成。 mfence：modify/mix | 在mfence指令前的读写操作当必须在mfence指令后的读写操作前完成。

原子指令，如x86上的”lock …” 指令是一个Full Barrier，执行时会锁住内存子系统来确保执行顺序，甚至跨多个CPU。Software Locks通常使用了内存屏障或原子指令来实现变量可见性和保持程序顺序

•         接下来我们说一下volatile的实现细节

1. 字节码层面 ACC_VOLATILE

2. JVM层面 volatile内存区的读写 都加屏障

   StoreStoreBarrier

   volatile 写操作

   StoreLoadBarrier

   LoadLoadBarrier

   volatile 读操作

   LoadStoreBarrier

3. OS和硬件层面 volatile与lock前缀指令_volatile class lock指令前缀_zhifeng687的博客-CSDN博客 hsdis -VoHotSpot Dis Assembler windows lock 指令实现 | MESI实现

        下面简单说一下MESI协议（硬件层数据一致性）：

                缓存一致性协议：现代CPU的数据一致性实现 = 缓存锁(MESI ...) + 总线锁（据说是拉高北桥芯片上的一根电容，把通往资源的通道堵死，达到资源独占的目的）

        读取缓存以cache line为基本单位，目前64bytes

        位于同一缓存行的两个不同数据，被两个不同CPU锁定，产生互相影响的伪共享问题

        可以使用缓存行的对齐能够提高效率（定义7个Long 类型数据作为缓存行对齐）

经典面试题之（单列模式DDL双重检测为什么要加Volatile）？

半初始化：初始化时成员变量赋默认值，此刻INSTANCE=new T();instance已经不为空了

astore_1,指令重排乱序，先执行了m=0默认值，然后赋值给Instance(astore_1这个操作)，然后才赋的初始值m=8