并发编程基础二

Java 内存模型

计算机硬件模型：

jmm.jpg

由于线程工作空间缓存的存在，主存数据在多线程环境下会出现读写不一致情况。

监视器锁 synchronized

锁对象分为两种：

实例对象和 Class 对象。

不同锁对象之间的代码执行互不干扰，同一个类中加锁方法与不加锁方法执行互不干扰。

使用 synchronized 两种方式：

修饰普通方法，锁当前实例对象。修饰静态方法，锁当前类的 Class 对象。

修饰代码块，锁括号中的对象（实例对象或 Class 对象）。

synchronized特性

原子性

一系列操作要么全部执行要不全部不执行 -- 原子性。

被 synchronized 修饰的代码在同一时间只能被一个线程访问，在锁未释放之前，无法被其他线程访问到。因此，在 Java 中可以使用 synchronized 来保证方法和代码块内的操作是原子性的。

可见性

对一个变量解锁之前，必须先把此变量同步回主存中。这样解锁后，后续线程就可以访问到被修改后的值。

有序性

synchronized 本身是无法禁止指令重排和处理器优化的。

as-if-serial 语义：不管怎么重排序（编译器和处理器为了提高并行度），单线程程序的执行结果都不能被改变。

编译器和处理器无论如何优化，都必须遵守 as-if-serial 语义。

synchronized 修饰的代码，同一时间只能被同一线程执行。所以，可以保证其有序性。

synchronized锁原理

JVM 基于进入和推出Monitor对象（每个线程私有一个可用monitor record列表）来实现方法和同步代码块，但两者的实现细节不同。

同步代码块：使用monitorenter 和 monitorexit 指令实现。

synchronize修饰的方法：取代之的是 ACC_SYNCHRONIZED标识，该标志指明了该方法是一个同步方法，从而执行相应的同步调用。

对于不同的对象头它们的总结如下表：

Java对象头中的MarkWord里面的存储对象如下表：

在运行期间，Mark Word里存储的数据会随着锁标志的变化而变化，它的变化如下表所示：

concurrent22.png

synchronized锁优化（JDK6）

锁优化：无锁->偏向锁（Mark Word简单判断是否为当前线程再次请求获取锁）->

轻量级锁（采用CAS自旋获取锁）->重量级锁（会发生上下文切换，性能低）

锁膨胀不可逆

解决内存可见性 volatile

使用锁太笨重，对于解决内存可见性问题，Java 提供了弱形式的同步-- volatile 。该关键字确保对一个变量的更新对其他线程是可见的，线程中数据写入与读取是直接操作主内存而不是使用线程的缓存（工作空间）。

volatile 不是原子性的，仅保证了数据的可见性。当修改的新值依赖旧值时，获取 - 计算 -写入 ，三步操作不是原子的。

Java 指令的重排列

在执行程序时为了提高性能，编译器和处理器常常会对指令做重排列。单线程下结果一致，多线程下存在问题。

使用 volatile 修饰变量 可以避免重排列。

其他

了解 Java 的 CAS 操作 与 Unsafe 类 比较并交换

了解 伪分享 概念--多个变量被存在同一个缓存行，多线程下读取与修改不同的资源会不断的刷新缓存，影响性能。（@sun.misc.Contended ）

锁的概述：乐观与悲观、共享与独占、公平与非公平、可重入、自旋。