Java中的CLH Lock：基于队列实现公平锁的链表节点结构与操作 大家好，今天我们来深入探讨一种有趣的锁实现方式：CLH锁。CLH锁，以其发明者 Craig, Landin, and Hagersten 的名字命名，是一种基于队列的自旋锁，它保证了公平性，即先请求锁的线程会先获得锁。与常见的自旋锁不同，CLH锁不是直接在共享变量上进行竞争，而是通过维护一个链表队列来协调线程对锁的访问。 1. CLH锁的基本原理 CLH锁的核心思想是将所有请求锁的线程组织成一个FIFO队列。每个线程对应队列中的一个节点，节点中包含一个状态位，用于指示该线程是否可以获得锁。当一个线程请求锁时，它首先将自己添加到队列的尾部，然后检查前驱节点的状态位。如果前驱节点的状态位指示锁已经被释放，那么该线程就可以获得锁，否则它将自旋等待前驱节点释放锁。释放锁时，当前持有锁的线程将其后继节点的状态位设置为已释放，从而允许后继线程获得锁。 这种机制避免了多个线程同时竞争同一个共享变量，从而减少了缓存一致性问题的发生，提高了锁的性能。同时，由于线程按照请求的顺序获得锁，因此保证了公平性。 2. CLH锁的链表节点结构 …
Java AQS的共享模式：如何利用tryAcquireShared()实现资源的并发访问控制
Java AQS 共享模式：构建并发访问控制的基石 大家好，今天我们深入探讨Java AQS（AbstractQueuedSynchronizer）的共享模式，以及如何利用tryAcquireShared()方法来实现资源的并发访问控制。AQS是Java并发包java.util.concurrent的核心基石，理解AQS对于构建高性能、高可靠的并发应用至关重要。 1. AQS 简介：并发同步的抽象框架 AQS是一个抽象类，它提供了一个框架，用于构建锁和相关的同步器。它通过维护一个同步状态（state，一个volatile int变量）和一个FIFO等待队列来实现同步机制。AQS定义了两种模式： 独占模式（Exclusive Mode）： 只有一个线程可以持有资源。例如，ReentrantLock。 共享模式（Shared Mode）： 多个线程可以同时持有资源。例如，Semaphore、CountDownLatch。 我们今天的重点是共享模式。 2. 共享模式的核心方法：tryAcquireShared() 在共享模式中，tryAcquireShared(int arg) 方法是核心。 …
JVM的本地方法栈（Native Method Stack）：与Java栈帧的交互与数据传递
JVM的本地方法栈（Native Method Stack）：与Java栈帧的交互与数据传递 大家好，今天我们来深入探讨JVM中的本地方法栈（Native Method Stack）。 理解本地方法栈对于理解Java程序如何与底层操作系统或硬件交互至关重要。 1. 什么是本地方法栈？ 本地方法栈，顾名思义，是JVM用于执行本地方法（Native Methods）的内存区域。 本地方法是用其他语言（例如C、C++）编写的，通过JNI（Java Native Interface）调用。 与Java栈类似，本地方法栈也是线程私有的。 每个线程在创建时都会分配一个本地方法栈。 本地方法栈存储了本地方法的调用信息，包括局部变量、操作数栈、动态链接、方法出口等。 2. 本地方法与JNI 在深入本地方法栈之前，我们需要了解本地方法以及JNI。 本地方法（Native Method）： 本地方法是在Java类中声明，但由其他语言（通常是C/C++）实现的方法。 使用native关键字修饰。 例如： public class NativeExample { public native int nativ …
Java的数组对象：在堆内存中的内存布局与数组长度的存储方式
Java 数组对象：堆内存布局与长度存储详解 大家好，今天我们来深入探讨 Java 中数组对象的内存布局以及数组长度的存储方式。理解这些底层细节对于优化代码性能、避免潜在的错误至关重要。 1. 数组的基本概念 在 Java 中，数组是一种引用类型，它允许我们存储相同类型元素的集合。数组提供了一种高效的方式来访问和操作一组相关数据。与链表等其他数据结构相比，数组的优势在于其可以通过索引进行随机访问，时间复杂度为 O(1)。 2. 数组对象的创建 Java 中创建数组对象有两种主要方式： 声明并初始化： int[] arr = new int[5]; 直接初始化： int[] arr = {1, 2, 3, 4, 5}; 无论采用哪种方式，都会在堆内存中分配一块连续的内存空间来存储数组元素。 3. 堆内存布局 Java 中的对象（包括数组）都存储在堆内存中。对于数组对象，其堆内存布局可以概括为以下几个部分： 对象头（Object Header）： 包含对象的元数据，例如类型指针、同步信息（例如锁）和垃圾回收信息。对象头的大小通常是固定的，在 32 位 JVM 上是 8 字节，在 64 位 …
JVM的JFR事件：如何追踪应用中的GC暂停时间与应用停顿的关联
JVM JFR事件：追踪GC暂停时间与应用停顿的关联 大家好，今天我们来聊聊如何利用JVM的Java Flight Recorder (JFR) 事件，来追踪应用中的GC暂停时间，并分析它与应用停顿之间的关联。这对于性能优化，尤其是减少延迟至关重要。 1. JFR简介与基础概念 Java Flight Recorder (JFR) 是一个内建于JVM的性能监控和分析工具。它以低开销的方式收集运行时的JVM和应用程序的数据，并可以用于事后分析。JFR事件是JFR的核心，它们记录了JVM运行时的各种事件，例如GC、线程活动、锁竞争等等。 不同于传统的profiler，JFR的开销非常低，通常低于1%。这使得它可以长期运行在生产环境中，而不会对应用性能造成显著影响。 2. 关键的JFR事件与GC暂停 要理解GC暂停与应用停顿的关系，我们需要关注以下几个关键的JFR事件： GarbageCollection: 记录了每次GC事件的开始和结束时间，以及GC的类型（例如 Young GC, Full GC）。 GCPhasePause: 记录了GC的每个暂停阶段的细节，例如扫描根集合，更新引用等。 …
Java中的Reference Queue：软/弱引用对象被回收时的通知与应用
Java 中的 Reference Queue：软/弱引用对象被回收时的通知与应用 大家好，今天我们来深入探讨 Java 中一个重要的概念：Reference Queue（引用队列）。Reference Queue 主要用于在软引用（SoftReference）、弱引用（WeakReference）、幻象引用（PhantomReference）等引用对象被垃圾回收器回收时，接收相应的通知。理解并合理运用 Reference Queue，能帮助我们更好地管理内存，避免内存泄漏，并实现一些高级的内存管理策略。 1. 引用类型回顾：强引用、软引用、弱引用与幻象引用 在深入 Reference Queue 之前，我们先简要回顾一下 Java 中的四种引用类型： 引用类型 特性 强引用 (StrongReference) 这是最常见的引用类型。只要有强引用指向一个对象，垃圾回收器就永远不会回收该对象。即便 JVM 内存不足，宁愿抛出 OutOfMemoryError 错误，也不会回收强引用指向的对象。 软引用 (SoftReference) 当 JVM 内存足够时，垃圾回收器不会回收软引用指向的 …
JVM的Metaspace：实现类加载器隔离与卸载的内存区域划分与管理
JVM Metaspace：类加载器隔离与卸载的内存区域划分与管理 各位听众，大家好！今天我们来深入探讨一下JVM Metaspace，这个与类加载器隔离和卸载密切相关的内存区域。我们将从Metaspace的基本概念入手，详细剖析其内存结构、类加载器隔离机制，以及如何进行有效管理，最终实现类的卸载。 一、Metaspace：永久代的继任者 在Java 8之前，JVM使用永久代（Permanent Generation）来存储类的元数据信息，如类名、字段、方法、常量池等。然而，永久代有一个明显的缺点：其大小是固定的，难以动态调整。这容易导致OutOfMemoryError: PermGen space错误，尤其是在加载大量类或者动态生成类的场景下。 为了解决这个问题，Java 8引入了Metaspace来取代永久代。Metaspace与永久代最大的区别在于，它不再位于JVM堆内存中，而是使用本地内存（Native Memory）。这意味着Metaspace的大小只受操作系统的可用内存限制，理论上可以无限扩展，从而避免了PermGen space错误。 二、Metaspace的内存结构 M …
Java对象头Mark Word：如何存储对象哈希码（HashCode）与延迟计算机制
Java对象头Mark Word：对象哈希码存储与延迟计算机制 大家好，今天我们来深入探讨Java对象头中Mark Word的奥秘，特别是它如何存储对象的哈希码以及哈希码的延迟计算机制。这部分内容对于理解Java的内存布局、锁机制以及HashMap等数据结构的性能至关重要。 1. 对象的内存布局概览 在HotSpot虚拟机中，Java对象在内存中的布局主要由三个部分组成： 对象头（Header）: 存储对象自身的运行时数据，如哈希码、GC分代年龄、锁状态标志、线程ID、偏向线程ID、时间戳等。 实例数据（Instance Data）: 存储对象真正的有效信息，也就是我们在类中定义的各种字段。 对齐填充（Padding）: 不是必然存在的，仅仅起占位符的作用，因为HotSpot VM的自动内存管理系统要求对象的大小必须是8字节的整数倍（对齐）。 我们今天主要关注的是对象头中的Mark Word。 2. Mark Word 的结构与状态转换 Mark Word 是一个非固定的数据结构，它的内容会随着对象的状态变化而改变。它用于存储对象的运行时数据，并且根据不同的状态，可以存储不同的信息。M …
JVM的OopMap（对象指针地图）：在SafePoint处标记对象指针位置的原理
JVM 的 OopMap：在 SafePoint 处标记对象指针位置的原理 大家好！今天我们来深入探讨 JVM 中一个非常关键的技术——OopMap。它在垃圾回收（GC）过程中扮演着至关重要的角色，尤其是在准确定位和管理堆内存中的对象指针方面。理解 OopMap 的原理，对于深入理解 JVM 的 GC 机制，以及编写高效的 Java 代码都非常有帮助。 1. 为什么需要 OopMap？ 在传统的垃圾回收算法中，为了确定哪些对象是“活着的”，需要从根集合（Root Set）开始遍历整个对象图。根集合通常包括： 方法区中的静态变量：指向堆中对象的引用。 常量池中的字符串常量：指向堆中字符串对象的引用。 当前活动线程的栈帧中的局部变量：可能包含指向堆中对象的引用。 本地方法栈中的 JNI 引用：指向堆中对象的引用。 问题在于，要精确地知道哪些栈帧中的哪些局部变量是指向堆中对象的指针（即 Oop，Ordinary Object Pointer），并不是一件容易的事情。尤其是在 JIT 编译优化之后，变量的生命周期和在栈帧中的位置可能会发生变化。 如果不能准确地识别 Oop，GC 就可能误判，将 …
JVM的JIT编译：如何通过方法内联（Inlining）实现多态调用的性能优化
JVM JIT编译：方法内联与多态调用的性能优化 各位听众，大家好！今天我们要深入探讨一个JVM优化中至关重要的技术：方法内联（Inlining），以及它如何助力多态调用的性能优化。多态是面向对象编程的核心特性之一，但同时也可能带来性能损耗。而方法内联，作为JIT编译器的利器，能在特定情况下有效减少这种损耗，提升程序运行效率。 1. 多态调用的性能瓶颈 首先，我们需要理解多态调用为何会带来性能瓶颈。在Java中，多态主要通过接口和继承实现。当我们调用一个多态方法时，JVM需要进行动态绑定（Dynamic Binding），即在运行时才能确定实际调用的方法版本。 考虑以下示例： interface Animal { void makeSound(); } class Dog implements Animal { @Override public void makeSound() { System.out.println(“Woof!”); } } class Cat implements Animal { @Override public void makeSound() { Syst …