深入理解java虛擬機(jī)--線程安全與鎖優(yōu)化

• • 面向過程編程思想和面向?qū)ο缶幊趟枷?/li>
  • java語言中的線程安全
  • 線程安全的實(shí)現(xiàn)方法
  • 鎖優(yōu)化

面向過程編程思想和面向?qū)ο缶幊趟枷?/h2>

面向過程編程思想：站在計(jì)算機(jī)的角度，以算法為核心，數(shù)據(jù)是客體，程序代碼處理數(shù)據(jù)。
面向?qū)ο缶幊趟枷?#xff1a;站在現(xiàn)實(shí)世界的角度，數(shù)據(jù)和行為視為對(duì)象的一部分。

java語言中的線程安全

5類共享數(shù)據(jù)類別：1.不可變；2.絕對(duì)線程安全；3.相對(duì)線程安全；4.線程兼容；5.線程對(duì)立。

不可變（final）
不可變帶來的安全性是最簡(jiǎn)單和最純粹的。基本數(shù)據(jù)類型，final關(guān)鍵字修飾；共享數(shù)據(jù)是一個(gè)對(duì)象，對(duì)象的行為用final修飾。

絕對(duì)線程安全
定義：當(dāng)多個(gè)線程訪問一個(gè)對(duì)象時(shí)，如果不用考慮這些線程在運(yùn)行時(shí)環(huán)境下的調(diào)度和交替執(zhí)行，也不需要進(jìn)行額外的同步，或者在調(diào)用方進(jìn)行任何其他的協(xié)調(diào)操作，調(diào)用這個(gè)對(duì)象的行為都可以獲得正確的結(jié)果，那這個(gè)對(duì)象是線程安全的。

相對(duì)線程安全
單獨(dú)操作是線程安全的；需要額外的同步手段（特定順序的連續(xù)調(diào)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(duì)立
無論是采取何種同步措施，都無法達(dá)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(shí)現(xiàn)方法

3種實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)方式主要有三種：臨界區(qū)，互斥量，信號(hào)量。實(shí)現(xiàn)同步手段：synchronized和ReentrantLock。

• synchronized：原生語法層面的互斥；關(guān)鍵字經(jīng)過編譯后在同步塊前后形成monitorenter和monitorexit兩個(gè)字節(jié)碼指令，這兩字字節(jié)碼指令都需要一個(gè)reference類型的參數(shù)來指明要鎖定和解鎖的對(duì)象；如果synchronized修飾的實(shí)例方法則去取對(duì)應(yīng)的對(duì)象實(shí)例，如果修飾的是類方法，則去取Class對(duì)象所為鎖對(duì)象。有兩點(diǎn)要注意的：1.synchronized同步塊對(duì)同一條線程來說是可重入的，不會(huì)出現(xiàn)自己把自己鎖死的情況；2.同步塊在已進(jìn)入的線程執(zhí)行完之前，會(huì)阻塞后面其他線程的進(jìn)入。

• ReentrantLock：API層面的互斥；相對(duì)于synchronized來說有三個(gè)高級(jí)特性：1.等待可中斷；2.可實(shí)現(xiàn)公平鎖；3.鎖可以綁定多個(gè)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(gè)線程，需要從用戶態(tài)轉(zhuǎn)換到核心態(tài)，消耗性能。

非阻塞同步

• 定義

  基于沖突檢測(cè)的樂觀并發(fā)策略，先進(jìn)行操作，如果沒有其他線程的競(jìng)爭(zhēng)共享數(shù)據(jù)，那操作就是成功了；如果共享數(shù)據(jù)有爭(zhēng)用，產(chǎn)生了沖突，那就再采取其他的補(bǔ)充措施（最常見的補(bǔ)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(shí)現(xiàn)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(nèi)存位置（V）、舊的預(yù)期值（A）、新值（B）；
  CAS指令執(zhí)行時(shí)，當(dāng)且僅當(dāng)V符合舊預(yù)期值A(chǔ)時(shí)，處理器用新值B更新V的值，否則它就不執(zhí)行更新，但是無論是否更新了V的值，都會(huì)返回V的舊值，上述的處理過程是一個(gè)原子操作。

  CAS漏銅，ABA問題：
  如果一個(gè)變量V初次讀取的時(shí)候是A值，并且在準(zhǔn)備賦值的時(shí)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(jīng)被改成了B，后來又被改成了A，那CAS操作就會(huì)誤認(rèn)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(chǔ)。

可重入代碼
3個(gè)特征：不依賴存儲(chǔ)在堆上的數(shù)據(jù)和公用的系統(tǒng)資源、用到的狀態(tài)量都是由參數(shù)傳入、不調(diào)用非可重入的方法。

線程本地存儲(chǔ)
例子：生產(chǎn)者-消費(fèi)者：Web交互模型中的"一個(gè)請(qǐng)求對(duì)應(yīng)一個(gè)服務(wù)器線程"的處理方式。

鎖優(yōu)化

5種鎖優(yōu)化：1.自旋鎖和自適應(yīng)自旋；2.鎖消除；3.鎖粗化；4.輕量級(jí)鎖；5.偏向鎖。

自旋鎖和自適應(yīng)自旋

• 自旋鎖定義
  是指嘗試獲取鎖的線程不會(huì)立即阻塞,而是采用循環(huán)的方式去嘗試獲取鎖。
• 自適應(yīng)自旋定義
  • 自旋的時(shí)間不在固定，由前一次在同一個(gè)鎖上的自旋時(shí)間及鎖的擁有者的狀態(tài)決定。
• 原因
  • 掛起線程和喚醒線程會(huì)消耗處理器時(shí)間
  • 共享數(shù)據(jù)的鎖定狀態(tài)很多情況只會(huì)持續(xù)很短的時(shí)間

鎖消除

• 定義
  指在虛擬機(jī)即時(shí)編譯器在運(yùn)行時(shí)，對(duì)一些代碼上要求同步，但是被檢測(cè)到不可能存在共享數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)的鎖進(jìn)行消除。

鎖粗化
范圍擴(kuò)大，如果虛擬機(jī)探測(cè)到有這樣的一串零碎的操作都是對(duì)同一個(gè)對(duì)象加鎖，將會(huì)把加鎖同步的范圍擴(kuò)展（粗化）到整個(gè)操作序列的外部，這樣只需要加鎖一次就可以了。

輕量級(jí)鎖

• 沒有多線程的競(jìng)爭(zhēng)前提下；減少傳統(tǒng)的重量級(jí)所使用操作系統(tǒng)互斥量產(chǎn)生的性能消耗。
• Mark Word

偏向鎖

• 消除數(shù)據(jù)在無競(jìng)爭(zhēng)情況下的同步原語，進(jìn)一步提高程序的運(yùn)行性能。
• 不用做CAS操作。

總結(jié)

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?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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