并发编程挑战

 并发和串行，并发不一定比串行快，在不超过百万次操作时，并发比串行慢，原因在于线程有创建，上下文切换的时间开销。

减少上下文切换：1. 无锁并发，2CAS算法，3使用最少线程，4单线程多任务调度。

jstack 3117 >/home/lemon/dump14  导出所有线程的信息，进行JVM调优可用。

避免死锁的常见方法

1.避免一个线程同时获取多个锁，包含重入锁。

2.避免一个线程占用多个资源，尽量一个锁只占用一个资源

3.使用定时锁，lock.tryLock(timeout) 代替内部锁机制。

4.有数据库锁，加锁，解锁都放在一个数据库连接中。

Volatile与Synchronized

volatile ： 原理与过程：属性被修饰后，经过编译会出现两个汇编代码指令。这个指令会做两件事。1.将当前处理的属性数据写回系统内存中【原理：多处理器会使用缓存一致性机制，锁住缓存，确保修改一致性，同时也叫缓存锁定】。2.将其他处理器的缓存无效。【原理：处理器使用MESI协议维护内部缓存和其他处理的缓存一致性。一旦共享的内存地址改变，那么嗅探器使其他缓存失效。下次读取直接从内存中捞取】

volatile优化： 部分处理器高速缓存行是64字节宽，而LinkedTransferQueue这个出栈入栈类，将共享变量 追加到64个字节，这样填满高速缓冲区的缓冲行，避免头结点和尾节点加载到同一个缓存行，这样避免修改的时候，因为缓存一致性，把头部和尾部都锁住。当然如果缓存行不是64字节的不适用，共享变量不是平凡更改的也不使用。

Synchronized:  1. 用在普通方法，锁的是当前实例对象。2.用在静态同步方法，所得是类的class对象。3.用在同步方法块，锁的是synchronized括号的对象。

Synchronized: JVM在编译代码后，在同步代码开始位置插入monitorenter,在结束位置插入monitorexit。必须是一对对的，当线程执行到monitorenter就开始尝试获取对象的锁。锁是存在java对象头中。

头长度和作用

锁的升级

在JDK1.6以后，锁升级为： 无锁状态--偏向锁状态--轻量级锁--重量级锁， 可升不能降。目的是提高获得锁和释放锁的效率。

偏向锁：当一个线程访问同步块时，对象头在mark Word里记录线程的ID，以后线程进入退出不需要CAS加锁，解锁，只需要判断markWord是否有当前线程即可，如果有，则获取锁，没有则看markWord标识是否设置成1，有则尝试使用CAS指向自己，没有则CAS竞争锁。线程1代表初始化，线程2代表撤销偏向锁。

初始化和撤销偏向锁

轻量级锁 ： JVM 先创建一个空间存放锁记录，然后先将对象头中的markWord复制到锁记录。然后CAS修改mark Word指针，如果成功则获取锁，失败则表示有并发竞争，使用自旋获取。  解锁： CAS将原来复制的那份markWord换回对象头，成功则解锁，失败则锁变为重量级锁。这个时候只有等待释放锁后，唤醒其他线程，然后再争夺锁。

对比

对比

原子操作及其原理

缓存行： 缓存中最小的操作单位。

比较并交换： compare and swap. 大名鼎鼎的CAS。操作时，先输入旧值，没变化就替换，变化了则不替换。

处理器通过对缓存或总线加锁保证内存操作的原子性。基于总线锁：【原理：处理器提供LOCK#信号，当有处理器发出这个信号，其他处理器就阻塞，保证原子性。】。基于缓存锁：【总线锁开销很多，因为把CPU和内存都锁住了，在高速缓存行中发出Lock#信号，并使用缓存一致性机制阻止两个以上处理器缓存往内存写，并使内存行无效。类似volatile过程。】

CAS总结

         ABA问题： 一个值为A，然后变为B，再变成A， 根据CAS，对比发现值没变，但实际是变了，解决方案是追加版本号，例如Atomic包中的AtomcStampedReference解决ABA。

循环时间开销大：如果自旋CAS长时间不成功，CPU会开销大，JVM支持处理器的pause指令则可以延迟流水线执行指令，避免退出循环时，因为顺序冲突，引起CPU流水线清空。

只能保证一个共享变量原子操作。 无法保证多个，要么变成一个变量，要么用锁。

总之： CAS为是一种乐观锁， synchronized是独占式锁，悲观锁。CAS提升了部分效率。

缓存一致性协议（MESI协议）

所有的服务器运行的原理是， 进程中运行某一个线程的时候，会从主存中复制一份数据到自己的工作空间，也就是告诉缓存区中，然后开始业务操作和数据修改，然后再将这个数据返回到主内存中。然后清空自己的工作区间。

如果同时在两个处理器进行处理， 就会出现缓存不一致的情况， 这个时候有两个方案解决，一个是基于LOCK#信号锁住总线，上面有讲述。 这样会导致CPU运行效率差。

比较好的第二种方法则是 缓存一致性协议：当CPU写数据时，如果发现操作的变量是共享变量，即在其他CPU中也存在该变量的副本，会发出信号通知其他CPU将该变量的缓存行置为无效状态，因此当其他CPU需要读取这个变量时，发现自己缓存中缓存该变量的缓存行是无效的，那么它就会从内存重新读取。

锁机制

线程通信

线程A，将本地内存值刷新到共享内存中， 其他线程，在主内存中获取最新值，更新到自己本地内存中。

重排序

有时候为了提高性能，编译器和处理器会对指令进行重新排序。大致分为以下三类

1.编译器优化重排序。可以改变语句的执行顺序。

2. 指令级并行的重排序。处理器将多条指令重叠执行，如没依赖性，处理器改变语句对应的机器指令执行顺序。

3. 内存系统重排序。

模型

jdk5以后，均采用JSR-133模型，且使用happends-before概念。前一个操作，对后一个操作可见。 顺序一致性内存模型

参考大神图书《Java并发编程艺术》总结。