從JDK1.6開始，JVM對鎖進行了各種優化，目的就是為了在線程間更高效的共享數據和解決互斥同步的問題。從鎖優化的話題開始，可以引申出很多考點面試題，比如鎖優化的技術、各優化技術的細節、CAS實現原理、CAS的ABA問題及如何解決等，持續發散還會引發更多問題，例如逃逸分析等，可以看出技術點都是相關聯的，需要不斷積累和梳理。
面試官：JVM實現了哪些鎖優化技術？
小白：自旋鎖、自適應自旋鎖、鎖粗化、鎖消除、偏向鎖、輕量級鎖。
試官：介紹一下自旋鎖？為什么引入自旋鎖？
小白：自旋鎖就是在請求獲取鎖，又不能馬上獲取到時，讓當前線程在不放棄處理器執行時間的情況下執行忙循環，嘗試等待鎖被釋放，再獲取鎖。引入自旋鎖是為了節省線程掛起和恢復的開銷。
面試官：你剛剛說引入自旋鎖節省了線程掛起和恢復的開銷，但循環也是需要占用處理器時間的，那這個自旋的次數如何控制？
小白：默認是10次，也可以通過JVM參數-XX:PreBlockSpin配置，當然這些自旋都是固定的，所以引入了自適應自旋鎖，自旋的次數由前一次在同一個鎖上的自旋次數和鎖的擁有者的狀態來決定。如果前面線程成功獲取鎖并且正常運行，那么本次獲取鎖的可能性很大，所以自旋的次數相對多一些；如果前面線程很少成功獲取鎖，那么本次獲取鎖的概率也很小，就可能不執行自旋了。
面試官：鎖粗化優化了什么？
小白：如果在一段代碼中同一線程反復獲取、釋放同一個對象的鎖，將會生產不必要的性能開銷，所以需要把獲鎖的范圍擴大，對同一個對象的鎖操作只進行一次，在頭部獲取鎖，在尾部釋放鎖。
面試官：鎖消除是什么？
小白：鎖消除是指JIT在運行時分析到使用了鎖的同步代碼在實際運行時不可能存在共享數據被競爭的情況，對鎖進行去除。例如如果一個局部變量在方法內部不可能被外部引用，那么它就不需要加鎖控制，可以去掉鎖。（注意：如果你的回答中提到了逃逸分析，面試官很有可能會問你什么是逃逸分析，提前做好準備）
面試官：詳細說一下偏向鎖？
小白：偏向鎖就是如果線程持有了鎖，在后續的過程中，只要該鎖沒有被其它線程持有，那么持有偏向鎖的線程將不再需要進行同步操作。這個偏向鎖的相關信息是保存在Java對象的對象頭中的。在HotSpot虛擬機中，Java對象在內存中存儲的布局分為3塊區域：對象頭、實例數據和對齊填充。對象頭包含兩部分，第一部分包含對象的HashCode、分代年齡、鎖標志位、線程持有的鎖、偏向線程ID等數據，這部分數據的長度在32位和64位虛擬機中分別為32bit和64bit，官方稱為Mark World。下圖展示了不同狀態下，對象頭中存儲的內容：
一個普通Java對象剛開始是處于無鎖狀態的，Mark World中存儲的數據如上圖中的第一行所示。當虛擬機啟動了偏向鎖，鎖對象第一次被線程獲取的時候，鎖標識位置為01，同時使用CAS將獲取到這個鎖的線程ID設置到Mark World中，如果CAS操作成功，那么這個線程將可以繼續執行相關的同步代碼。如果此時有其它線程嘗試獲取鎖，有兩種情況，一種是鎖對象未被鎖定，則偏向鎖被撤銷，恢復到無鎖狀態；另一種是對象被鎖定，那么偏向鎖失效，同時升級為輕量級鎖，會在當前線程的棧幀中創建一個鎖記錄的空間，這個空間存儲對象頭中Mark World的拷貝，就是復制一份到這個鎖記錄空間，同時虛擬機使用CAS嘗試將這個鎖記錄空間的指針更新到Mark World，如果CAS操作成功，那么當前線程獲取到鎖，此時鎖狀態處于輕量級鎖，鎖標志位置為00。
面試官：你剛剛說到虛擬機使用CAS進行更新操作，Java中的CAS是什么及如何實現的？
小白：CAS（Compare and swap）是比較和替換，是一種通過硬件實現并發安全的常用技術，底層通過利用CPU的CAS指令對緩存加鎖或總線加鎖的方式來實現多處理器之間的原子操作。它的實現過程是，有3個操作數，內存值V，舊的預期值E，要修改的新值U，當且僅當預期值E和內存值V相同時，才將內存值V修改為U，否則什么都不做。CAS底層實現使用了C++，在其代碼中會根據操作系統和處理器的不同來選擇對應的調用代碼，以Windows和x86處理器為例，如果是多處理器，通過帶lock前綴的cmpxchg指令對緩存加鎖或總線加鎖的方式來實現多處理器之間的原子操作；如果是單處理器，通過cmpxchg指令完成原子操作。
面試官：那你知道CAS中的ABA問題嗎？
小白：知道，CAS是當且僅當舊的預期值E和內存值V相同時，才將內存值V修改為U，也就是如果內存值V沒有發生變化則更新，但是有可能發生內存值原來是A，中間被改成B，后來又被改成A，此時再使用CAS進行檢查時發現沒有變化，但是實際上發生了變化，這就是ABA問題。
面試官：這個問題如何解決？
小白：Java并發包下的AtomicStampedReference可以解決ABA問題，內部實現上添加了一個類似于版本號作用的stamp屬性，它是被自動更新的。實現上首先檢查當前引用是否等于預期引用、當前stamp是否等于預期stamp，如果全部相等，則以原子方式將該引用和該stamp的值設置為給定的更新值。
