一、并发优化
1.1、Java高并发包所采用的几个机制
（1）、CAS（乐观操作）
jdk5以前采用synchronized，对共享区域进行同步操作，synchronized是重的操作，在高并发情况下，会引起线程频繁切换；而CAS是一种乐观锁机制，compare and swap,不加锁，而是假设没有冲突去完成，若有冲突会重试（非阻塞）。compare&swap是原子操作，基于CPU的原语操作。
CAS仍然存在三大问题：ABA问题，循环时间长开销大，以及只能保证一个共享变量的原子操作。
（2）、Volatile（变量的可见性）
VM阻止volatile变量的值放入处理器的寄存器，在写入值以后会被从处理器的cache中flush掉，写到内存中去，这样其他线程都可以立刻看到该变量的变化。
（3）、AQS，抽象队列同步器（原子性操作状态同步位、有序队列、阻塞唤醒进程）
获取锁：首先判断当前状态是否允许获取锁，如果是就获取锁，否则就阻塞操作或者获取失败，也就是说如果是独占锁就可能阻塞，如果是共享锁就可能失败。另外如果是阻塞线程，那么线程就需要进入阻塞队列。当状态位允许获取锁时就修改状态，并且如果进了队列就从队列中移除。
释放锁：这个过程就是修改状态位，如果有线程因为状态位阻塞的话就唤醒队列中的一个或者更多线程。
1.2、锁优化
今天所说的锁优化，是指在阻塞式的情况下，如何让性能不要变得太差。但是再怎么优化，一般来说性能都会比无锁的情况差一点。
锁优化的思路和方法总结一下，有以下几种：
（1）、减少锁持有时间
减少其他线程等待的时间，只在有线程安全要求的程序上加锁
（2）、减小锁粒度
将大对象（这个对象可能会被很多线程访问），拆成小对象，大大增加并行度，降低锁竞争。降低了锁的竞争，偏向锁，轻量级锁成功率才会提高；最典型的减小锁粒度的案例就是ConcurrentHashMap
（3）、锁分离
最常见的锁分离就是读写锁ReadWriteLock，根据功能进行分离成读锁和写锁，这样读读不互斥，读写互斥，写写互斥，即保证了线程安全，又提高了性能；读写分离思想可以延伸，只要操作互不影响，锁就可以分离；比如LinkedBlockingQueue
（4）、锁粗化
通常情况下，为了保证多线程间的有效并发，会要求每个线程持有锁的时间尽量短，即在使用完公共资源后，应该立即释放锁。只有这样，等待在这个锁上的其他线程才能尽早的获得资源执行任务。但是，凡事都有一个度，如果对同一个锁不停的进行请求、同步和释放，其本身也会消耗系统宝贵的资源，反而不利于性能的优化
（5）、锁消除
锁消除是在编译器级别的事情。在即时编译器时，如果发现不可能被共享的对象，则可以消除这些对象的锁操作。
也许你会觉得奇怪，既然有些对象不可能被多线程访问，那为什么要加锁呢？写代码时直接不加锁不就好了？
有时，这些锁并不是程序员所写的，有的是JDK实现中就有锁的，比如Vector和StringBuffer这样的类，它们中的很多方法都是有锁的。当我们在一些不会有线程安全的情况下使用这些类的方法时，达到某些条件时，编译器会将锁消除来提高性能。
开启锁消除是在JVM参数上设置的，当然需要在server模式下：
#开启锁消除
-server -XX:+DoEscapeAnalysis -XX:+EliminateLocks1.3、无锁操作
与锁相比, 使用CAS操作, 由于其非阻塞性, 因此不存在死锁问题, 同时线程之间的相互影响, 也远小于锁的方式. 使用无锁的方案, 可以减少锁竞争以及线程频繁调度带来的系统开销.
例如：生产消费者模型中, 可以使用BlockingQueue来作为内存缓冲区，但他是基于锁和阻塞实现的线程同步。如果想要在高并发场合下获取更好的性能，则可以使用基于CAS的ConcurrentLinkedQueue；同理，如果可以使用CAS方式实现整个生产消费者模型，那么也将获得可观的性能提升，如Disruptor框架.
1.4、虚拟机内的锁优化
（1）、 偏向锁
所谓的偏向，就是偏心，即锁会偏向于当前已经占有锁的线程
大部分情况是没有竞争的（某个同步块大多数情况都不会出现多线程同时竞争锁），所以可以通过偏向来提高性能。即在无竞争时，之前获得锁的线程再次获得锁时，会判断是否偏向锁指向我，那么该线程将不用再次获得锁，直接就可以进入同步块。
偏向锁的实施就是将对象头Mark的标记设置为偏向，并将线程ID写入对象头Mark
当其他线程请求相同的锁时，偏向模式结束
JVM默认启用偏向锁：-XX:+UseBiasedLocking
在竞争激烈的场合，偏向锁会增加系统负担（每次都要加一次是否偏向的判断）
（2）、轻量级锁
Java的多线程安全是基于Lock机制实现的，而Lock的性能往往不如人意
原因是，monitorenter与monitorexit这两个控制多线程同步的bytecode原语，是JVM依赖操作系统互斥(mutex)来实现的。互斥是一种会导致线程挂起，并在较短的时间内又需要重新调度回原线程的，较为消耗资源的操作。
为了优化Java的Lock机制，从Java6开始引入了轻量级锁的概念。
轻量级锁（Lightweight Locking）本意是为了减少多线程进入互斥的几率，并不是要替代互斥。它利用了CPU原语Compare-And-Swap(CAS，汇编指令CMPXCHG)，尝试在进入互斥前，进行补救；如果偏向锁失败，那么系统会进行轻量级锁的操作。它存在的目的是尽可能不用动用操作系统层面的互斥，因为那个性能会比较差。因为JVM本身就是一个应用，所以希望在应用层面上就解决线程同步问题。
总结一下：就是轻量级锁是一种快速的锁定方法，在进入互斥之前，使用CAS操作来尝试加锁，尽量不要用操作系统层面的互斥，提高了性能。
那么当偏向锁失败时，轻量级锁的步骤：
1、将对象头的Mark指针保存到锁对象中（这里的对象指的就是锁住的对象，比如synchronized (this){}，this就是这里的对象）。lock->set_displaced_header(mark);
2、将对象头设置为指向锁的指针（在线程栈空间中）。if (mark == (markOop) Atomic::cmpxchg_ptr(lock, obj()->mark_addr(),mark)) { TEVENT (slow_enter: release stacklock) ; return ; }
lock位于线程栈中。所以判断一个线程是否持有这把锁，只要判断这个对象头指向的空间是否在这个线程栈的地址空间当中。
如果轻量级锁失败，表示存在竞争，升级为重量级锁（常规锁），就是操作系统层面的同步方法。在没有锁竞争的情况，轻量级锁减少传统锁使用OS互斥量产生的性能损耗。在竞争非常激烈时（轻量级锁总是失败），轻量级锁会多做很多额外操作，导致性能下降。
（3）、自旋锁
当竞争存在时，因为轻量级锁尝试失败，之后有可能会直接升级成重量级锁动用操作系统层面的互斥。也有可能再尝试一下自旋锁。
如果线程可以很快获得锁，那么可以不在OS层挂起线程，让线程做几个空操作（自旋），并且不停地尝试拿到这个锁（类似tryLock），当然循环的次数是有限制的，当循环次数达到以后，仍然升级成重量级锁。所以在每个线程对于锁的持有时间很少时，自旋锁能够尽量避免线程在OS层被挂起。
JDK1.6中：-XX:+UseSpinning开启
JDK1.7中：去掉此参数，改为内置实现
如果同步块很长，自旋失败，会降低系统性能。如果同步块很短，自旋成功，节省线程挂起切换时间，提升系统性能。
（4）、偏向锁，轻量级锁，自旋锁总结
上述的锁不是Java语言层面的锁优化方法，是内置在JVM当中的。
偏向锁：是为了避免某个线程反复获得/释放同一把锁时的性能消耗，如果仍然是同个线程去获得这个锁，尝试偏向锁时会直接进入同步块，不需要再次获得锁。
轻量级锁和自旋锁：是为了避免直接调用操作系统层面的互斥操作，因为挂起线程是一个很耗资源的操作。
为了尽量避免使用重量级锁（操作系统层面的互斥），首先会尝试轻量级锁，轻量级锁会尝试使用CAS操作来获得锁，如果轻量级锁获得失败，说明存在竞争。但是也许很快就能获得锁，就会尝试自旋锁，将线程做几个空循环，每次循环时都不断尝试获得锁。如果自旋锁也失败，那么只能升级成重量级锁。偏向锁，轻量级锁，自旋锁都是乐观锁。
