深入理解java虚拟机读书笔记,第十三章:线程安全与锁优化

13.1概述

13.2线程安全

当多个线程访问一个对象的时,如果不用考虑这些线程在运行时环境下的调度和交替执行,也不需要进行额外的同步,或者在调用方法进行任何其他的协调操作,调用这个对象的行为都可以获得正确的结果,那这个对象就是线程安全的

13.2.1Java语言中的线程安全

1>不可变

在Java语言里(特指JDK1.5以后),不可变(Immutable)的对象一定是线程安全的

不可变带来的线程安全是最简单和最纯粹的

如果共享数据是基本类型,只要定义时final修饰就可以保证不可变;

如果共享数据是一个对象,那就需要保证对象的行为不会对其状态产生任何影响才行

把对象带有状态的变量都声明为final

符合不可变数据类型:String,枚举类型,java.lang.Number的部分子类(Long和Double数值的包装类型,BigInteger和Bigmal等大数据类型)

2>绝对线程安全

3>相对线程安全

通常意义上将的线程安全,需要保证对这个对象的单独操作是线程安全的,我们在调用的时候不需要做额外的保障措施;

对于一些特定顺序的连续调用,就可能需要调用端使用额外的同步手段来保证调用的正确性

大多数线程安全的类属于这种类型,例如Vector、hashTable、Collections的synchronizedCollection()包装的集合等

4>线程兼容

对象本身并不是线程安全,但是可以通过调用端正确的使用同步手段来保证在并发环境中可以安全使用

5>线程对立

无论调用端是否采用同步手段,都无法再多线程环境中使用的代码

Thread类的suspend和resume方法

System.setIn()、System.setOut、System.runFinalizersOnExit

13.2.2线程安全的实现方式

1>互斥同步(阻塞同步)

常见的一种并发正确性的保障手段

同步指多个线程并发访问共享数据时,保证贡献数据在同一时刻只能被一个(或者是一些,使用信号量的时候)线程使用

互斥是实现同步的一种手段,临界区(Critical Section)、互斥量(Mutex)和信号量(Semaphore)都是互斥的实现方式

互斥是因,同步是果;互斥是方法,同步是目的


synchronized关键字

最基本的互斥同步手段就是synchronized关键字

synchronized关键字在编译后会生成monitorenter和monitorexit两条字节码指令,两条指令都需要一个reference类型的参数作为锁定和解锁的对象。如果明确指定了对象参数,那就是这个对象的reference;如果没有明确指定,那就是根据修饰的是实例方法还是类方法,去取对应的对象实例或者Class对象作为锁对象

synchronized对同一个线程来说是可重入的;同步块在已进入的线程执行完之前,会阻塞后面的线程


java.util.concurrent包中的ReentrantLock

等待可中断:当持有锁的线程长期不释放锁的时候,等待的线程可以放弃等待,改为处理其他事情

公平锁:多个线程等待同一个锁,必须按照申请锁的时间来依次获得锁,默认是非公共锁,可以通过参数使用

锁绑定多个条件:可以同时绑定多个Condition对象


进行线程阻塞和唤醒带来性能问题;一种悲观的并发策略;


2>非阻塞同步

基于冲突检测的乐观并发策略

操作和冲突检测这两个步骤要具备原子性


通过处理器指令来完成

测试并设置(Test-and-Set)

获取并增加(Fetch-and-Increment)

交换(Swap)

比较并交换(Compare-and-Swap,CAS)

加载链接/条件存储(Load-Link/Store Conditional,LL/SC)


3>无同步方案

天生线程安全的


可重入代码(Reentrant Code)

如果一个方法,它的返回值是可以预测的,输入相同数据就能返回相同结果


线程本地存储(Thread Local Storage)

大部分使用消费队列的架构模式都会将产品的消费过程尽量在一个线程中完成

应用实例:经典的web交互模型(一个请求对应一个服务器线程)

Java.lang.ThreadLocal

13.3锁优化

为了在线程间更高效的共享数据,以及解决竞争问题,从而提高程序的执行效率

13.3.1自旋锁和自适应自旋

互斥同步对性能最大的影响就是阻塞,挂起线程和恢复线程的操作都需转入内核态完成,给并发带来压力

为了让线程等待,我们需要让线程执行一个忙循环(自旋),这项技术就叫自旋锁

锁占用时间少,效果好,反之,白白的消耗处理器资源,反而带来性能浪费

13.3.2锁消除

即时编译器在运行时,对一些代码上要求同步,但是被检测到不可能存在共享数据竞争的锁进行消除

13.3.3锁粗化

13.3.4轻量级锁

13.3.5偏向锁




参考文献:

[1] 深入理解Java虚拟机 第二版 --周志明


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