深入理解java虛擬機--線程安全與鎖優化

• • 面向過程編程思想和面向對象編程思想
  • java語言中的線程安全
  • 線程安全的實現方法
  • 鎖優化

面向過程編程思想和面向對象編程思想

面向過程編程思想：站在計算機的角度，以算法為核心，數據是客體，程序代碼處理數據。
面向對象編程思想：站在現實世界的角度，數據和行為視為對象的一部分。

java語言中的線程安全

5類共享數據類別：1.不可變；2.絕對線程安全；3.相對線程安全；4.線程兼容；5.線程對立。

不可變（final）
不可變帶來的安全性是最簡單和最純粹的。基本數據類型，final關鍵字修飾；共享數據是一個對象，對象的行為用final修飾。

絕對線程安全
定義：當多個線程訪問一個對象時，如果不用考慮這些線程在運行時環境下的調度和交替執行，也不需要進行額外的同步，或者在調用方進行任何其他的協調操作，調用這個對象的行為都可以獲得正確的結果，那這個對象是線程安全的。

相對線程安全
單獨操作是線程安全的；需要額外的同步手段（特定順序的連續調用）。
例子：Vector的get()、remove()、size()等方法；其他類如：HashTable等。

線程兼容
本身不是線程安全的；需要正確使用同步手段。
例子：Vector的get()、remove()、size()等方法；其他類如：ArrayList、HashMap等。

線程對立
無論是采取何種同步措施，都無法達到線程安全的。
例子：Thread類的suspend()和resume();其他類如：System類的setInt()、setOut()和runFinalizersOnExit()等。

線程安全的實現方法

3種實現方法：1.互斥同步；2.非阻塞同步；3.無同步方案。

互斥同步
也稱阻塞同步；互斥是方法，同步是目的；互斥的實現方式主要有三種：臨界區，互斥量，信號量。實現同步手段：synchronized和ReentrantLock。

• synchronized：原生語法層面的互斥；關鍵字經過編譯后在同步塊前后形成monitorenter和monitorexit兩個字節碼指令，這兩字字節碼指令都需要一個reference類型的參數來指明要鎖定和解鎖的對象；如果synchronized修飾的實例方法則去取對應的對象實例，如果修飾的是類方法，則去取Class對象所為鎖對象。有兩點要注意的：1.synchronized同步塊對同一條線程來說是可重入的，不會出現自己把自己鎖死的情況；2.同步塊在已進入的線程執行完之前，會阻塞后面其他線程的進入。

• ReentrantLock：API層面的互斥；相對于synchronized來說有三個高級特性：1.等待可中斷；2.可實現公平鎖；3.鎖可以綁定多個條件；

• synchronized和ReentrantLock吞吐量比較
  jdk1.5版本:ReentrantLock>synchronized;
  jdk1.6后版本:synchronized、ReentrantLock兩者持平；

• 處理問題方式角度：互斥同步是悲觀策略。

  阻塞和喚醒一個線程，需要從用戶態轉換到核心態，消耗性能。

非阻塞同步

• 定義

  基于沖突檢測的樂觀并發策略，先進行操作，如果沒有其他線程的競爭共享數據，那操作就是成功了；如果共享數據有爭用，產生了沖突，那就再采取其他的補充措施（最常見的補償措施就是不斷的重試，直到成功為止），這種樂觀的策略很多實現都不需要把線程掛起。

• 處理問題方式角度：非阻塞同步是樂觀策略。

• CAS指令
  內存位置（V）、舊的預期值（A）、新值（B）；
  CAS指令執行時，當且僅當V符合舊預期值A時，處理器用新值B更新V的值，否則它就不執行更新，但是無論是否更新了V的值，都會返回V的舊值，上述的處理過程是一個原子操作。

  CAS漏銅，ABA問題：
  如果一個變量V初次讀取的時候是A值，并且在準備賦值的時候檢查到它仍然是A值，那我們就能說它的值沒有被其他線程改變過了嗎？如果在這段期間它的值曾經被改成了B，后來又被改成了A，那CAS操作就會誤認為它從來沒有被改變過。

無同步方案

2類：1.可重入代碼；2.線程本地存儲。

可重入代碼
3個特征：不依賴存儲在堆上的數據和公用的系統資源、用到的狀態量都是由參數傳入、不調用非可重入的方法。

線程本地存儲
例子：生產者-消費者：Web交互模型中的"一個請求對應一個服務器線程"的處理方式。

鎖優化

5種鎖優化：1.自旋鎖和自適應自旋；2.鎖消除；3.鎖粗化；4.輕量級鎖；5.偏向鎖。

自旋鎖和自適應自旋

• 自旋鎖定義
  是指嘗試獲取鎖的線程不會立即阻塞,而是采用循環的方式去嘗試獲取鎖。
• 自適應自旋定義
  • 自旋的時間不在固定，由前一次在同一個鎖上的自旋時間及鎖的擁有者的狀態決定。
• 原因
  • 掛起線程和喚醒線程會消耗處理器時間
  • 共享數據的鎖定狀態很多情況只會持續很短的時間

鎖消除

• 定義
  指在虛擬機即時編譯器在運行時，對一些代碼上要求同步，但是被檢測到不可能存在共享數據競爭的鎖進行消除。

鎖粗化
范圍擴大，如果虛擬機探測到有這樣的一串零碎的操作都是對同一個對象加鎖，將會把加鎖同步的范圍擴展（粗化）到整個操作序列的外部，這樣只需要加鎖一次就可以了。

輕量級鎖

• 沒有多線程的競爭前提下；減少傳統的重量級所使用操作系統互斥量產生的性能消耗。
• Mark Word

偏向鎖

• 消除數據在無競爭情況下的同步原語，進一步提高程序的運行性能。
• 不用做CAS操作。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的深入理解java虚拟机--线程安全与锁优化的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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