摘要：加鎖，多線程為了防止競爭資源，即防止對(duì)同一資源進(jìn)行并發(fā)操作。釋放占有的對(duì)象鎖，線程進(jìn)入等待池，釋放而其他正在等待的線程即可搶占此鎖，獲得鎖的線程即可運(yùn)行程序。休眠結(jié)束，線程重新獲得執(zhí)行代碼。則是喚醒所有等待的線程。

先了解一下java 模型

（1）每個(gè)線程都有自己的本地內(nèi)存空間（java棧中的幀）。線程執(zhí)行時(shí)，先把變量從內(nèi)存讀到線程自己的本地內(nèi)存空間，然后對(duì)變量進(jìn)行操作。
（2）對(duì)該變量操作完成后，在某個(gè)時(shí)間再把變量刷新回主內(nèi)存。

那么我們再了解下鎖提供的兩種特性：互斥（mutual exclusion） 和可見性（visibility）：
（1）互斥（mutual exclusion）：互斥即一次只允許一個(gè)線程持有某個(gè)特定的鎖，因此可使用該特性實(shí)現(xiàn)對(duì)共享數(shù)據(jù)的協(xié)調(diào)訪問協(xié)議，這樣，一次就只有一個(gè)線程能夠使用該共享數(shù)據(jù)；
（2）可見性（visibility）：簡單來說就是一個(gè)線程修改了變量，其他線程可以立即知道。保證可見性的方法：volatile,synchronized,final(一旦初始化完成其他線程就可見)。

加鎖，多線程為了防止競爭資源，即防止對(duì)同一資源進(jìn)行并發(fā)操作。
鎖機(jī)制存在以下問題
（1）在多線程競爭下，加鎖、釋放鎖會(huì)導(dǎo)致比較多的上下文切換和調(diào)度延時(shí)，引起性能問題。
（2）一個(gè)線程持有鎖會(huì)導(dǎo)致其它所有需要此鎖的線程掛起。
（3）如果一個(gè)優(yōu)先級(jí)高的線程等待一個(gè)優(yōu)先級(jí)低的線程釋放鎖會(huì)導(dǎo)致優(yōu)先級(jí)倒置，引起性能風(fēng)險(xiǎn)。
獨(dú)占鎖是一種悲觀鎖，會(huì)導(dǎo)致其它所有需要鎖的線程掛起，等待持有鎖的線程釋放鎖。
樂觀鎖是每次不加鎖而是假設(shè)沒有沖突而去完成某項(xiàng)操作，如果因?yàn)闆_突失敗就重試，直到成功為止。

volatile 2個(gè)特征

可見性：一個(gè)線程修改了某個(gè)共享變量的值，其他線程能夠立馬得知這個(gè)修改。

 1.當(dāng)寫一個(gè)volatile變量的時(shí)候，JMM會(huì)把本地內(nèi)存中的共享變量刷新到主內(nèi)存。
 2.當(dāng)讀一個(gè)volatile變量的是時(shí)候，JMM會(huì)把線程本地內(nèi)存的值設(shè)置為無效，然后從主內(nèi)存中讀取共享變量。

禁止特定的處理器重排序

 1.當(dāng)?shù)诙€(gè)操作為volatile寫的時(shí)候，第一個(gè)操作不管是什么，都不允許重排序。
 2.當(dāng)?shù)谝粋€(gè)操作為volatile讀的時(shí)候，第二個(gè)操作不管是什么，都不允許重排序。
 3.當(dāng)?shù)谝粋€(gè)操作為volatile寫的時(shí)候，第二個(gè)操作是volatile讀的時(shí)候，不允許重排序。

除此以外的情況，都運(yùn)行重排序。而重排序的實(shí)現(xiàn)是靠加入內(nèi)存屏障來實(shí)現(xiàn)的。內(nèi)存屏障時(shí)用來禁止特定的重排序的cpu指令。包括4中，loadload，store store，store load與load/store。load可以理解為讀操作，store可以理解為寫操作，舉例說明，loadload是保證在第二個(gè)load和其他一系列操作之前要確保第一個(gè)load的讀操作完成。store store是保證在第二個(gè)store及寫操作之前，第一個(gè)store寫操作對(duì)其他處理器可見。其中store load的開銷最大，是個(gè)萬能屏障，兼具其他三個(gè)屏障的功能。

public class RunThread extends Thread {

    private boolean isRunning = true;

    public boolean isRunning() {
        return isRunning;
    }

    public void setRunning(boolean isRunning) {
        this.isRunning = isRunning;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("進(jìn)入到run方法中了");
        while (isRunning == true) {
        }
        System.out.println("線程執(zhí)行完成了");
    }
}

public class Run {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            RunThread thread = new RunThread();
            thread.start();
            Thread.sleep(1000);
            thread.setRunning(false);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

在main線程中，thread.setRunning(false);將啟動(dòng)的線程RunThread中的共享變量設(shè)置為false，從而想讓RunThread.java的while循環(huán)結(jié)束。如果使用JVM -server參數(shù)執(zhí)行該程序時(shí)，RunThread線程并不會(huì)終止，從而出現(xiàn)了死循環(huán)。

原因分析
現(xiàn)在有兩個(gè)線程，一個(gè)是main線程，另一個(gè)是RunThread。它們都試圖修改isRunning變量。按照J(rèn)VM內(nèi)存模型，main線程將isRunning讀取到本地線程內(nèi)存空間，修改后，再刷新回主內(nèi)存。
而在JVM設(shè)置成 -server模式運(yùn)行程序時(shí)，線程會(huì)一直在私有堆棧中讀取isRunning變量。因此，RunThread線程無法讀到main線程改變的isRunning變量。從而出現(xiàn)了死循環(huán)，導(dǎo)致RunThread無法終止。

解決方法

volatile private boolean isRunning = true;

原理
當(dāng)對(duì)volatile標(biāo)記的變量進(jìn)行修改時(shí)，會(huì)將其他緩存中存儲(chǔ)的修改前的變量清除，然后重新讀取。一般來說應(yīng)該是先在進(jìn)行修改的緩存A中修改為新值，然后通知其他緩存清除掉此變量，當(dāng)其他緩存B中的線程讀取此變量時(shí)，會(huì)向總線發(fā)送消息，這時(shí)存儲(chǔ)新值的緩存A獲取到消息，將新值穿給B。最后將新值寫入內(nèi)存。當(dāng)變量需要更新時(shí)都是此步驟，volatile的作用是被其修飾的變量，每次更新時(shí)，都會(huì)刷新上述步驟。

synchronized

（1）synchronized 方法
方法聲明時(shí)使用,放在范圍操作符(public等)之后,返回類型聲明(void等)之前.這時(shí),線程獲得的是成員鎖,即一次只能有一個(gè)線程進(jìn)入該方法,其他線程要想在此時(shí)調(diào)用該方法,只能排隊(duì)等候,當(dāng)前線程(就是在synchronized方法內(nèi)部的線程)執(zhí)行完該方法后,別的線程才能進(jìn)入。

示例：

public synchronized void synMethod(){
}

如在線程t1中有語句obj.synMethod(); 那么由于synMethod被synchronized修飾,在執(zhí)行該語句前, 需要先獲得調(diào)用者obj的對(duì)象鎖, 如果其他線程(如t2)已經(jīng)鎖定了obj (可能是通過obj.synMethod,也可能是通過其他被synchronized修飾的方法obj.otherSynMethod鎖定的obj), t1需要等待直到其他線程(t2)釋放obj, 然后t1鎖定obj, 執(zhí)行synMethod方法. 返回之前之前釋放obj鎖。

（2）synchronized 塊
對(duì)某一代碼塊使用,synchronized后跟括號(hào),括號(hào)里是變量,這樣,一次只有一個(gè)線程進(jìn)入該代碼塊.此時(shí),線程獲得的是成員鎖。

（3）synchronized (this)
當(dāng)兩個(gè)并發(fā)線程訪問同一個(gè)對(duì)象object中的這個(gè)synchronized(this)同步代碼塊時(shí)，一個(gè)時(shí)間內(nèi)只能有一個(gè)線程得到執(zhí)行。另一個(gè)線程必須等待當(dāng)前線程執(zhí)行完這個(gè)代碼塊以后才能執(zhí)行該代碼塊。
　　
當(dāng)一個(gè)線程訪問object的一個(gè)synchronized(this)同步代碼塊時(shí)，其他線程對(duì)object中所有其它synchronized(this)同步代碼塊的訪問將被阻塞。　　

然而，當(dāng)一個(gè)線程訪問object的一個(gè)synchronized(this)同步代碼塊時(shí)，另一個(gè)線程仍然可以訪問該object中的除synchronized(this)同步代碼塊以外的部分。　

第三個(gè)例子同樣適用其它同步代碼塊。也就是說，當(dāng)一個(gè)線程訪問object的一個(gè)synchronized(this)同步代碼塊時(shí)，它就獲得了這個(gè)object的對(duì)象鎖。結(jié)果，其它線程對(duì)該object對(duì)象所有同步代碼部分的訪問都被暫時(shí)阻塞。　　

以上規(guī)則對(duì)其它對(duì)象鎖同樣適用。

第三點(diǎn)舉例說明：

public class Thread2 {  
     public void m4t1() {  
          synchronized(this) {  
               int i = 5;  
               while( i-- > 0) {  
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);  
                    try {  
                         Thread.sleep(500);  
                    } catch (InterruptedException ie) {  
                    }  
               }  
          }  
     }  
     public void m4t2() {  
          int i = 5;  
          while( i-- > 0) {  
               System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);  
               try {  
                    Thread.sleep(500);  
               } catch (InterruptedException ie) {  
               }  
          }  
     }  
     public static void main(String[] args) {  
          final Thread2 myt2 = new Thread2();  
          Thread t1 = new Thread(  new Runnable() {  public void run() {  myt2.m4t1();  }  }, "t1"  );  
          Thread t2 = new Thread(  new Runnable() {  public void run() { myt2.m4t2();   }  }, "t2"  );  
          t1.start();  
          t2.start();  
     } 
}

含有synchronized同步塊的方法m4t1被訪問時(shí)，線程中m4t2()依然可以被訪問。

wait()sleep() notify()/notifyAll()
wait():釋放占有的對(duì)象鎖，線程進(jìn)入等待池，釋放cpu,而其他正在等待的線程即可搶占此鎖，獲得鎖的線程即可運(yùn)行程序。
sleep():不同的是，線程調(diào)用此方法后，會(huì)休眠一段時(shí)間，休眠期間，會(huì)暫時(shí)釋放cpu，但并不釋放對(duì)象鎖。也就是說，在休眠期間，其他線程依然無法進(jìn)入此代碼內(nèi)部。休眠結(jié)束，線程重新獲得cpu,執(zhí)行代碼。
wait()和sleep()最大的不同在于wait()會(huì)釋放對(duì)象鎖，而sleep()不會(huì)
notify(): 該方法會(huì)喚醒因?yàn)檎{(diào)用對(duì)象的wait()而等待的線程，其實(shí)就是對(duì)對(duì)象鎖的喚醒，從而使得wait()的線程可以有機(jī)會(huì)獲取對(duì)象鎖。調(diào)用notify()后，并不會(huì)立即釋放鎖，而是繼續(xù)執(zhí)行當(dāng)前代碼，直到synchronized中的代碼全部執(zhí)行完畢，才會(huì)釋放對(duì)象鎖。JVM則會(huì)在等待的線程中調(diào)度一個(gè)線程去獲得對(duì)象鎖，執(zhí)行代碼。需要注意的是，wait()和notify()必須在synchronized代碼塊中調(diào)用。
notifyAll()則是喚醒所有等待的線程。

lock

synchronized的缺陷
1)synchronized是java中的一個(gè)關(guān)鍵字，也就是說是Java語言內(nèi)置的特性。那么為什么會(huì)出現(xiàn)Lock呢？
如果一個(gè)代碼塊被synchronized修飾了，當(dāng)一個(gè)線程獲取了對(duì)應(yīng)的鎖，并執(zhí)行該代碼塊時(shí)，其他線程便只能一直等待，等待獲取鎖的線程釋放鎖，而這里獲取鎖的線程釋放鎖只會(huì)有兩種情況：
　　1）獲取鎖的線程執(zhí)行完了該代碼塊，然后線程釋放對(duì)鎖的占有；
　　2）線程執(zhí)行發(fā)生異常，此時(shí)JVM會(huì)讓線程自動(dòng)釋放鎖。
　　那么如果這個(gè)獲取鎖的線程由于要等待IO或者其他原因（比如調(diào)用sleep方法）被阻塞了，但是又沒有釋放鎖，其他線程便只能等待，試想一下，這多么影響程序執(zhí)行效率。
　　因此就需要有一種機(jī)制可以不讓等待的線程一直無期限地等待下去（比如只等待一定的時(shí)間或者能夠響應(yīng)中斷），通過Lock就可以辦到。
再舉個(gè)例子：當(dāng)有多個(gè)線程讀寫文件時(shí)，讀操作和寫操作會(huì)發(fā)生沖突現(xiàn)象，寫操作和寫操作會(huì)發(fā)生沖突現(xiàn)象，但是讀操作和讀操作不會(huì)發(fā)生沖突現(xiàn)象。
但是采用synchronized關(guān)鍵字來實(shí)現(xiàn)同步的話，就會(huì)導(dǎo)致一個(gè)問題：
如果多個(gè)線程都只是進(jìn)行讀操作，所以當(dāng)一個(gè)線程在進(jìn)行讀操作時(shí)，其他線程只能等待無法進(jìn)行讀操作。
因此就需要一種機(jī)制來使得多個(gè)線程都只是進(jìn)行讀操作時(shí)，線程之間不會(huì)發(fā)生沖突，通過Lock就可以辦到。
另外，通過Lock可以知道線程有沒有成功獲取到鎖。這個(gè)是synchronized無法辦到的。
總結(jié)一下，也就是說Lock提供了比synchronized更多的功能。但是要注意以下幾點(diǎn)：
　　1）Lock不是Java語言內(nèi)置的，synchronized是Java語言的關(guān)鍵字，因此是內(nèi)置特性。Lock是一個(gè)類，通過這個(gè)類可以實(shí)現(xiàn)同步訪問；
　　2）Lock和synchronized有一點(diǎn)非常大的不同，采用synchronized不需要用戶去手動(dòng)釋放鎖，當(dāng)synchronized方法或者synchronized代碼塊執(zhí)行完之后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)讓線程釋放對(duì)鎖的占用；而Lock則必須要用戶去手動(dòng)釋放鎖，如果沒有主動(dòng)釋放鎖，就有可能導(dǎo)致出現(xiàn)死鎖現(xiàn)象。

(2)java.util.concurrent.locks包下常用的類

public interface Lock {
    //獲取鎖，如果鎖被其他線程獲取，則進(jìn)行等待
    void lock(); 

    //當(dāng)通過這個(gè)方法去獲取鎖時(shí)，如果線程正在等待獲取鎖，則這個(gè)線程能夠響應(yīng)中斷，即中斷線程的等待狀態(tài)。也就使說，當(dāng)兩個(gè)線程同時(shí)通過lock.lockInterruptibly()想獲取某個(gè)鎖時(shí)，假若此時(shí)線程A獲取到了鎖，而線程B只有在等待，那么對(duì)線程B調(diào)用threadB.interrupt()方法能夠中斷線程B的等待過程。
    void lockInterruptibly() throws InterruptedException;

    /**tryLock()方法是有返回值的，它表示用來嘗試獲取鎖，如果獲取成
    *功，則返回true，如果獲取失敗（即鎖已被其他線程獲取），則返回
    *false，也就說這個(gè)方法無論如何都會(huì)立即返回。在拿不到鎖時(shí)不會(huì)一直在那等待。*/
    boolean tryLock();

    //tryLock(long time, TimeUnit unit)方法和tryLock()方法是類似的，只不過區(qū)別在于這個(gè)方法在拿不到鎖時(shí)會(huì)等待一定的時(shí)間，在時(shí)間期限之內(nèi)如果還拿不到鎖，就返回false。如果如果一開始拿到鎖或者在等待期間內(nèi)拿到了鎖，則返回true。
    boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
    void unlock(); //釋放鎖
    Condition newCondition();
}

通常使用lock進(jìn)行同步：

Lock lock = ...;
lock.lock();
try{
    //處理任務(wù)
}catch(Exception ex){

}finally{
    lock.unlock();   //釋放鎖
}

trylock使用方法：

Lock lock = ...;
if(lock.tryLock()) {
     try{
         //處理任務(wù)
     }catch(Exception ex){

     }finally{
         lock.unlock();   //釋放鎖
     } 
}else {
    //如果不能獲取鎖，則直接做其他事情
}

lockInterruptibly()一般的使用形式如下：

public void method() throws InterruptedException {
    lock.lockInterruptibly();
    try {  
     //.....
    }
    finally {
        lock.unlock();
    }  
}

注意:
當(dāng)一個(gè)線程獲取了鎖之后，是不會(huì)被interrupt()方法中斷的。因?yàn)楸旧碓谇懊娴奈恼轮兄v過多帶帶調(diào)用interrupt()方法不能中斷正在運(yùn)行過程中的線程，只能中斷阻塞過程中的線程。
而用synchronized修飾的話，當(dāng)一個(gè)線程處于等待某個(gè)鎖的狀態(tài)，是無法被中斷的，只有一直等待下去。

(3)ReentrantLock
ReentrantLock,意思是“可重入鎖”,是唯一實(shí)現(xiàn)了Lock接口的類，并且ReentrantLock提供了更多的方法。

public class Test {
    private ArrayList arrayList = new ArrayList();
    private Lock lock = new ReentrantLock();    //注意這個(gè)地方
    public static void main(String[] args)  {
        final Test test = new Test();

        new Thread(){
            public void run() {
                test.insert(Thread.currentThread());
            };
        }.start();

        new Thread(){
            public void run() {
                test.insert(Thread.currentThread());
            };
        }.start();
    }  

    public void insert(Thread thread) {
        lock.lock();
        try {
            System.out.println(thread.getName()+"得到了鎖");
            for(int i=0;i<5;i++) {
                arrayList.add(i);
            }
        } catch (Exception e) {
            // TODO: handle exception
        }finally {
            System.out.println(thread.getName()+"釋放了鎖");
            lock.unlock();
        }
    }
}

如果鎖具備可重入性，則稱作為可重入鎖。像synchronized和ReentrantLock都是可重入鎖，可重入性在我看來實(shí)際上表明了鎖的分配機(jī)制：基于線程的分配，而不是基于方法調(diào)用的分配。舉個(gè)簡單的例子，當(dāng)一個(gè)線程執(zhí)行到某個(gè)synchronized方法時(shí)，比如說method1，而在method1中會(huì)調(diào)用另外一個(gè)synchronized方法method2，此時(shí)線程不必重新去申請鎖，而是可以直接執(zhí)行方法method2。

代碼解釋：

class MyClass {
    public synchronized void method1() {
        method2();
    }

    public synchronized void method2() {

    }
}

上述代碼中的兩個(gè)方法method1和method2都用synchronized修飾了，假如某一時(shí)刻，線程A執(zhí)行到了method1，此時(shí)線程A獲取了這個(gè)對(duì)象的鎖，而由于method2也是synchronized方法，假如synchronized不具備可重入性，此時(shí)線程A需要重新申請鎖。但是這就會(huì)造成一個(gè)問題，因?yàn)榫€程A已經(jīng)持有了該對(duì)象的鎖，而又在申請獲取該對(duì)象的鎖，這樣就會(huì)線程A一直等待永遠(yuǎn)不會(huì)獲取到的鎖。
　　而由于synchronized和Lock都具備可重入性，所以不會(huì)發(fā)生上述現(xiàn)象。

volatile和synchronized區(qū)別
　　1）volatile本質(zhì)是在告訴jvm當(dāng)前變量在寄存器中的值是不確定的,需要從主存中讀取,synchronized則是鎖定當(dāng)前變量,只有當(dāng)前線程可以訪問該變量,其他線程被阻塞住.
　　2）volatile僅能使用在變量級(jí)別,synchronized則可以使用在變量,方法.
　　3）volatile僅能實(shí)現(xiàn)變量的修改可見性,而synchronized則可以保證變量的修改可見性和原子性.
　　《Java編程思想》上說，定義long或double變量時(shí)，如果使用volatile關(guān)鍵字，就會(huì)獲得（簡單的賦值與返回操作）原子性。
　　4）volatile不會(huì)造成線程的阻塞,而synchronized可能會(huì)造成線程的阻塞.
　　5）當(dāng)一個(gè)域的值依賴于它之前的值時(shí)，volatile就無法工作了，如n=n+1,n++等。如果某個(gè)域的值受到其他域的值的限制，那么volatile也無法工作，如Range類的lower和upper邊界，必須遵循lower<=upper的限制。
　　6）使用volatile而不是synchronized的唯一安全的情況是類中只有一個(gè)可變的域。

synchronized和lock區(qū)別
　　1）Lock是一個(gè)接口，而synchronized是Java中的關(guān)鍵字，synchronized是內(nèi)置的語言實(shí)現(xiàn)；
　　2）synchronized在發(fā)生異常時(shí)，會(huì)自動(dòng)釋放線程占有的鎖，因此不會(huì)導(dǎo)致死鎖現(xiàn)象發(fā)生；而Lock在發(fā)生異常時(shí)，如果沒有主動(dòng)通過unLock()去釋放鎖，則很可能造成死鎖現(xiàn)象，因此使用Lock時(shí)需要在finally塊中釋放鎖；
　　3）Lock可以讓等待鎖的線程響應(yīng)中斷，而synchronized卻不行，使用synchronized時(shí)，等待的線程會(huì)一直等待下去，不能夠響應(yīng)中斷；
　　4）通過Lock可以知道有沒有成功獲取鎖，而synchronized卻無法辦到。
　　5）Lock可以提高多個(gè)線程進(jìn)行讀操作的效率。
　　在性能上來說，如果競爭資源不激烈，兩者的性能是差不多的，而當(dāng)競爭資源非常激烈時(shí)（即有大量線程同時(shí)競爭），此時(shí)Lock的性能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于synchronized。所以說，在具體使用時(shí)要根據(jù)適當(dāng)情況選擇。

CAS
CAS有3個(gè)操作數(shù)，內(nèi)存值V，舊的預(yù)期值A(chǔ)，要修改的新值B。當(dāng)且僅當(dāng)預(yù)期值A(chǔ)和內(nèi)存值V相同時(shí)，將內(nèi)存值V修改為B，否則什么都不做。
非阻塞算法 （nonblocking algorithms）

一個(gè)線程的失敗或者掛起不應(yīng)該影響其他線程的失敗或掛起的算法。
現(xiàn)代的CPU提供了特殊的指令，可以自動(dòng)更新共享數(shù)據(jù)，而且能夠檢測到其他線程的干擾，而 compareAndSet() 就用這些代替了鎖定。
拿出AtomicInteger來研究在沒有鎖的情況下是如何做到數(shù)據(jù)正確性的。

private volatile int value;

首先毫無以為，在沒有鎖的機(jī)制下可能需要借助volatile原語，保證線程間的數(shù)據(jù)是可見的（共享的）。
這樣才獲取變量的值的時(shí)候才能直接讀取。

public final int get() {
??????? return value;
??? }

然后來看看++i是怎么做到的。

public final int incrementAndGet() {
??? for (;;) {
??????? int current = get();
??????? int next = current + 1;
??????? if (compareAndSet(current, next))
??????????? return next;
??? }
}

在這里采用了CAS操作，每次從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)然后將此數(shù)據(jù)和+1后的結(jié)果進(jìn)行CAS操作，如果成功就返回結(jié)果，否則重試直到成功為止。
而compareAndSet利用JNI來完成CPU指令的操作。

public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {???
??? return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
??? }

整體的過程就是這樣子的，利用CPU的CAS指令，同時(shí)借助JNI來完成Java的非阻塞算法。其它原子操作都是利用類似的特性完成的。
其中

unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);

類似：

if (this ==?expect) {

? this =?update

?return true;

} else {

return false;

}

那么問題就來了，成功過程中需要2個(gè)步驟：比較this ==?expect，替換this =?update，compareAndSwapInt如何這兩個(gè)步驟的原子性呢？ 參考CAS的原理。

CAS原理

CAS通過調(diào)用JNI的代碼實(shí)現(xiàn)的。JNI:Java Native Interface為JAVA本地調(diào)用，允許java調(diào)用其他語言。
而compareAndSwapInt就是借助C來調(diào)用CPU底層指令實(shí)現(xiàn)的。
Unsafe類中的compareAndSwapInt，是一個(gè)本地方法，該方法的實(shí)現(xiàn)位于unsafe.cpp中

UNSAFE_ENTRY(jboolean, Unsafe_CompareAndSwapInt(JNIEnv *env, jobject unsafe, jobject obj, jlong offset, jint e, jint x))
  UnsafeWrapper("Unsafe_CompareAndSwapInt");
  oop p = JNIHandles::resolve(obj);
  jint* addr = (jint *) index_oop_from_field_offset_long(p, offset);
  return (jint)(Atomic::cmpxchg(x, addr, e)) == e;
UNSAFE_END

先想辦法拿到變量value在內(nèi)存中的地址。
通過Atomic::cmpxchg實(shí)現(xiàn)比較替換，其中參數(shù)x是即將更新的值，參數(shù)e是原內(nèi)存的值。

下面從分析比較常用的CPU（intel x86）來解釋CAS的實(shí)現(xiàn)原理。

下面是sun.misc.Unsafe類的compareAndSwapInt()方法的源代碼：

public final native boolean compareAndSwapInt(Object o, long offset,
                                              int expected,
                                              int x);

可以看到這是個(gè)本地方法調(diào)用。這個(gè)本地方法在openjdk中依次調(diào)用的c++代碼為：unsafe.cpp，atomic.cpp和atomicwindowsx86.inline.hpp。這個(gè)本地方法的最終實(shí)現(xiàn)在openjdk的如下位置：openjdk-7-fcs-src-b147-27jun2011openjdkhotspotsrcoscpuwindowsx86vm atomicwindowsx86.inline.hpp（對(duì)應(yīng)于windows操作系統(tǒng)，X86處理器）。下面是對(duì)應(yīng)于intel x86處理器的源代碼的片段：

// Adding a lock prefix to an instruction on MP machine
// VC++ doesn"t like the lock prefix to be on a single line
// so we can"t insert a label after the lock prefix.
// By emitting a lock prefix, we can define a label after it.
#define LOCK_IF_MP(mp) __asm cmp mp, 0  
                       __asm je L0      
                       __asm _emit 0xF0 
                       __asm L0:

inline jint     Atomic::cmpxchg    (jint     exchange_value, volatile jint*     dest, jint     compare_value) {
/ alternative for InterlockedCompareExchange
  int mp = os::is_MP();
  __asm {
    mov edx, dest
    mov ecx, exchange_value
    mov eax, compare_value
    LOCK_IF_MP(mp)
    cmpxchg dword ptr [edx], ecx
  }
}

如上面源代碼所示，程序會(huì)根據(jù)當(dāng)前處理器的類型來決定是否為cmpxchg指令添加lock前綴。如果程序是在多處理器上運(yùn)行，就為cmpxchg指令加上lock前綴（lock cmpxchg）。反之，如果程序是在單處理器上運(yùn)行，就省略lock前綴（單處理器自身會(huì)維護(hù)單處理器內(nèi)的順序一致性，不需要lock前綴提供的內(nèi)存屏障效果）。

intel的手冊對(duì)lock前綴的說明如下：

確保對(duì)內(nèi)存的讀-改-寫操作原子執(zhí)行。在Pentium及Pentium之前的處理器中，帶有l(wèi)ock前綴的指令在執(zhí)行期間會(huì)鎖住總線，使得其他處理器暫時(shí)無法通過總線訪問內(nèi)存。很顯然，這會(huì)帶來昂貴的開銷。從Pentium 4，Intel Xeon及P6處理器開始，intel在原有總線鎖的基礎(chǔ)上做了一個(gè)很有意義的優(yōu)化：如果要訪問的內(nèi)存區(qū)域（area of memory）在lock前綴指令執(zhí)行期間已經(jīng)在處理器內(nèi)部的緩存中被鎖定（即包含該內(nèi)存區(qū)域的緩存行當(dāng)前處于獨(dú)占或以修改狀態(tài)），并且該內(nèi)存區(qū)域被完全包含在單個(gè)緩存行（cache line）中，那么處理器將直接執(zhí)行該指令。由于在指令執(zhí)行期間該緩存行會(huì)一直被鎖定，其它處理器無法讀/寫該指令要訪問的內(nèi)存區(qū)域，因此能保證指令執(zhí)行的原子性。這個(gè)操作過程叫做緩存鎖定（cache locking），緩存鎖定將大大降低lock前綴指令的執(zhí)行開銷，但是當(dāng)多處理器之間的競爭程度很高或者指令訪問的內(nèi)存地址未對(duì)齊時(shí)，仍然會(huì)鎖住總線。
禁止該指令與之前和之后的讀和寫指令重排序。
把寫緩沖區(qū)中的所有數(shù)據(jù)刷新到內(nèi)存中。
在這里可以看到是用嵌入的匯編實(shí)現(xiàn)的, 關(guān)鍵CPU指令是?cmpxchg
到這里沒法再往下找代碼了. 也就是說CAS的原子性實(shí)際上是CPU實(shí)現(xiàn)的. 其實(shí)在這一點(diǎn)上還是有排他鎖的. 只是比起用synchronized, 這里的排他時(shí)間要短的多. 所以在多線程情況下性能會(huì)比較好.

代碼里有個(gè)alternative?for?InterlockedCompareExchange
這個(gè)InterlockedCompareExchange是WINAPI里的一個(gè)函數(shù), 做的事情和上面這段匯編是一樣的
http://msdn.microsoft.com/en-...

最后再貼一下x86的cmpxchg指定

  Opcode CMPXCHG
   
    CPU: I486+?
    Type of Instruction: User?
    
    Instruction: CMPXCHG dest, src?
    
    Description: Compares the accumulator with dest. If equal the "dest"?
    is loaded with "src", otherwise the accumulator is loaded?
    with "dest".?
    
    Flags Affected: AF, CF, OF, PF, SF, ZF?
    
    CPU mode: RM,PM,VM,SMM?
    +++++++++++++++++++++++?
    Clocks:?
    CMPXCHG reg, reg 6?
    CMPXCHG mem, reg 7 (10 if compartion fails)

關(guān)于CPU的鎖有如下3種：
處理器自動(dòng)保證基本內(nèi)存操作的原子性
　　首先處理器會(huì)自動(dòng)保證基本的內(nèi)存操作的原子性。處理器保證從系統(tǒng)內(nèi)存當(dāng)中讀取或者寫入一個(gè)字節(jié)是原子的，意思是當(dāng)一個(gè)處理器讀取一個(gè)字節(jié)時(shí)，其他處理器不能訪問這個(gè)字節(jié)的內(nèi)存地址。奔騰6和最新的處理器能自動(dòng)保證單處理器對(duì)同一個(gè)緩存行里進(jìn)行16/32/64位的操作是原子的，但是復(fù)雜的內(nèi)存操作處理器不能自動(dòng)保證其原子性，比如跨總線寬度，跨多個(gè)緩存行，跨頁表的訪問。但是處理器提供總線鎖定和緩存鎖定兩個(gè)機(jī)制來保證復(fù)雜內(nèi)存操作的原子性。?

使用總線鎖保證原子性
　　第一個(gè)機(jī)制是通過總線鎖保證原子性。如果多個(gè)處理器同時(shí)對(duì)共享變量進(jìn)行讀改寫（i++就是經(jīng)典的讀改寫操作）操作，那么共享變量就會(huì)被多個(gè)處理器同時(shí)進(jìn)行操作，這樣讀改寫操作就不是原子的，操作完之后共享變量的值會(huì)和期望的不一致，舉個(gè)例子：如果i=1,我們進(jìn)行兩次i++操作，我們期望的結(jié)果是3，但是有可能結(jié)果是2。如下圖

原因是有可能多個(gè)處理器同時(shí)從各自的緩存中讀取變量i，分別進(jìn)行加一操作，然后分別寫入系統(tǒng)內(nèi)存當(dāng)中。那么想要保證讀改寫共享變量的操作是原子的，就必須保證CPU1讀改寫共享變量的時(shí)候，CPU2不能操作緩存了該共享變量內(nèi)存地址的緩存。
　　處理器使用總線鎖就是來解決這個(gè)問題的。所謂總線鎖就是使用處理器提供的一個(gè)LOCK＃信號(hào)，當(dāng)一個(gè)處理器在總線上輸出此信號(hào)時(shí)，其他處理器的請求將被阻塞住,那么該處理器可以獨(dú)占使用共享內(nèi)存。

使用緩存鎖保證原子性
　　第二個(gè)機(jī)制是通過緩存鎖定保證原子性。在同一時(shí)刻我們只需保證對(duì)某個(gè)內(nèi)存地址的操作是原子性即可，但總線鎖定把CPU和內(nèi)存之間通信鎖住了，這使得鎖定期間，其他處理器不能操作其他內(nèi)存地址的數(shù)據(jù)，所以總線鎖定的開銷比較大，最近的處理器在某些場合下使用緩存鎖定代替總線鎖定來進(jìn)行優(yōu)化。

　　頻繁使用的內(nèi)存會(huì)緩存在處理器的L1，L2和L3高速緩存里，那么原子操作就可以直接在處理器內(nèi)部緩存中進(jìn)行，并不需要聲明總線鎖，在奔騰6和最近的處理器中可以使用“緩存鎖定”的方式來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的原子性。所謂“緩存鎖定”就是如果緩存在處理器緩存行中內(nèi)存區(qū)域在LOCK操作期間被鎖定，當(dāng)它執(zhí)行鎖操作回寫內(nèi)存時(shí)，處理器不在總線上聲言LOCK＃信號(hào)，而是修改內(nèi)部的內(nèi)存地址，并允許它的緩存一致性機(jī)制來保證操作的原子性，因?yàn)榫彺嬉恢滦詸C(jī)制會(huì)阻止同時(shí)修改被兩個(gè)以上處理器緩存的內(nèi)存區(qū)域數(shù)據(jù)，當(dāng)其他處理器回寫已被鎖定的緩存行的數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)起緩存行無效，在例1中，當(dāng)CPU1修改緩存行中的i時(shí)使用緩存鎖定，那么CPU2就不能同時(shí)緩存了i的緩存行。

　　但是有兩種情況下處理器不會(huì)使用緩存鎖定。第一種情況是：當(dāng)操作的數(shù)據(jù)不能被緩存在處理器內(nèi)部，或操作的數(shù)據(jù)跨多個(gè)緩存行（cache line），則處理器會(huì)調(diào)用總線鎖定。第二種情況是：有些處理器不支持緩存鎖定。對(duì)于Inter486和奔騰處理器,就算鎖定的內(nèi)存區(qū)域在處理器的緩存行中也會(huì)調(diào)用總線鎖定。

　　以上兩個(gè)機(jī)制我們可以通過Inter處理器提供了很多LOCK前綴的指令來實(shí)現(xiàn)。比如位測試和修改指令BTS，BTR，BTC，交換指令XADD，CMPXCHG和其他一些操作數(shù)和邏輯指令，比如ADD（加），OR（或）等，被這些指令操作的內(nèi)存區(qū)域就會(huì)加鎖，導(dǎo)致其他處理器不能同時(shí)訪問它。

CAS缺點(diǎn)
CAS雖然很高效的解決原子操作，但是CAS仍然存在三大問題。ABA問題，循環(huán)時(shí)間長開銷大和只能保證一個(gè)共享變量的原子操作

ABA問題。因?yàn)镃AS需要在操作值的時(shí)候檢查下值有沒有發(fā)生變化，如果沒有發(fā)生變化則更新，但是如果一個(gè)值原來是A，變成了B，又變成了A，那么使用CAS進(jìn)行檢查時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)它的值沒有發(fā)生變化，但是實(shí)際上卻變化了。ABA問題的解決思路就是使用版本號(hào)。在變量前面追加上版本號(hào)，每次變量更新的時(shí)候把版本號(hào)加一，那么A－B－A 就會(huì)變成1A-2B－3A。

從Java1.5開始JDK的atomic包里提供了一個(gè)類AtomicStampedReference來解決ABA問題。這個(gè)類的compareAndSet方法作用是首先檢查當(dāng)前引用是否等于預(yù)期引用，并且當(dāng)前標(biāo)志是否等于預(yù)期標(biāo)志，如果全部相等，則以原子方式將該引用和該標(biāo)志的值設(shè)置為給定的更新值。

關(guān)于ABA問題參考文檔:?http://blog.hesey.net/2011/09...

循環(huán)時(shí)間長開銷大。自旋CAS如果長時(shí)間不成功，會(huì)給CPU帶來非常大的執(zhí)行開銷。如果JVM能支持處理器提供的pause指令那么效率會(huì)有一定的提升，pause指令有兩個(gè)作用，第一它可以延遲流水線執(zhí)行指令（de-pipeline）,使CPU不會(huì)消耗過多的執(zhí)行資源，延遲的時(shí)間取決于具體實(shí)現(xiàn)的版本，在一些處理器上延遲時(shí)間是零。第二它可以避免在退出循環(huán)的時(shí)候因內(nèi)存順序沖突（memory order violation）而引起CPU流水線被清空（CPU pipeline flush），從而提高CPU的執(zhí)行效率。

只能保證一個(gè)共享變量的原子操作。當(dāng)對(duì)一個(gè)共享變量執(zhí)行操作時(shí)，我們可以使用循環(huán)CAS的方式來保證原子操作，但是對(duì)多個(gè)共享變量操作時(shí)，循環(huán)CAS就無法保證操作的原子性，這個(gè)時(shí)候就可以用鎖，或者有一個(gè)取巧的辦法，就是把多個(gè)共享變量合并成一個(gè)共享變量來操作。比如有兩個(gè)共享變量i＝2,j=a，合并一下ij=2a，然后用CAS來操作ij。從Java1.5開始JDK提供了AtomicReference類來保證引用對(duì)象之間的原子性，你可以把多個(gè)變量放在一個(gè)對(duì)象里來進(jìn)行CAS操作。

concurrent包的實(shí)現(xiàn)
由于java的CAS同時(shí)具有 volatile 讀和volatile寫的內(nèi)存語義，因此Java線程之間的通信現(xiàn)在有了下面四種方式：

A線程寫volatile變量，隨后B線程讀這個(gè)volatile變量。
A線程寫volatile變量，隨后B線程用CAS更新這個(gè)volatile變量。
A線程用CAS更新一個(gè)volatile變量，隨后B線程用CAS更新這個(gè)volatile變量。
A線程用CAS更新一個(gè)volatile變量，隨后B線程讀這個(gè)volatile變量。
Java的CAS會(huì)使用現(xiàn)代處理器上提供的高效機(jī)器級(jí)別原子指令，這些原子指令以原子方式對(duì)內(nèi)存執(zhí)行讀-改-寫操作，這是在多處理器中實(shí)現(xiàn)同步的關(guān)鍵（從本質(zhì)上來說，能夠支持原子性讀-改-寫指令的計(jì)算機(jī)器，是順序計(jì)算圖靈機(jī)的異步等價(jià)機(jī)器，因此任何現(xiàn)代的多處理器都會(huì)去支持某種能對(duì)內(nèi)存執(zhí)行原子性讀-改-寫操作的原子指令）。同時(shí)，volatile變量的讀/寫和CAS可以實(shí)現(xiàn)線程之間的通信。把這些特性整合在一起，就形成了整個(gè)concurrent包得以實(shí)現(xiàn)的基石。如果我們仔細(xì)分析concurrent包的源代碼實(shí)現(xiàn)，會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)通用化的實(shí)現(xiàn)模式：

首先，聲明共享變量為volatile；
然后，使用CAS的原子條件更新來實(shí)現(xiàn)線程之間的同步；
同時(shí)，配合以volatile的讀/寫和CAS所具有的volatile讀和寫的內(nèi)存語義來實(shí)現(xiàn)線程之間的通信。
AQS，非阻塞數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和原子變量類（java.util.concurrent.atomic包中的類），這些concurrent包中的基礎(chǔ)類都是使用這種模式來實(shí)現(xiàn)的，而concurrent包中的高層類又是依賴于這些基礎(chǔ)類來實(shí)現(xiàn)的。從整體來看，concurrent包的實(shí)現(xiàn)示意圖如下：

參考
https://blog.csdn.net/ztchun/...
http://www.cnblogs.com/imqsl/...