线程安全的实现方法

了解一下什么是线程安全?

    通俗的讲:就是多个线程共享一个变量,多个线程能够安全的操作这个变量。

1.互斥同步方法

     顾名思义:多个线程操作变量时候,一次只能被一个线程操作,也就所说的互斥,

在深层次就是所说:临界区,互斥量,信号量

    在JAVA中最重要的体现在synchronized和Lock上面(可以参照另一篇文章),它们通过锁定和释放锁达到对共享变量的互斥操作

    互斥同步的问题:Java的线程是映射到操作系统的原生线程之上,如果想要堵塞或者唤醒一个线程,都需要操作系统帮助完成,也就是从用户态转换到和核心态,状态转换需要耗费很多处理器的时间(有时候比同步代码执行的时间更长)---所以出现synchronized的优化,非堵塞同步

2.非堵塞同步

    为什么引出这个概念?

    主要是因为互斥同步最主要的问题:线程的阻塞和唤醒带来的性能问题,互斥同步属于一种悲观锁的概念。

    非堵塞同步就是一种乐观锁的概念。这里有新的选择:基于冲突检测的乐观并发策略,简单的说就是先进行操作,如果没有其他的线程争用共享数据,那操作就成功,如果有争用,采用其他的补偿策略(最常见的补偿策略就是不断的重试,知道成功,参考CAS的操作,看如下的代码)

    乐观并发锁的策略需要--硬件指令集的维持,因为我们需要操作和冲突检测两个步骤具备原子性,不能依赖互斥,如果依赖互斥就回到了互斥同步了,只能依靠硬件来完成。

    重点讲一下:CAS指令(Compare-and-Swap),CAS指令有三个操作数,V--变量的内存地址,A--旧址,B--新值,CAS指令执行时,比较A是否和V值相等,如果相等用B的值更新V,但是不论是否更新了V的值,都会返回V的旧值,上述的处理过程是个原子操作。

    CAS操作有一个问题,就是A等于V变量的值,不能说明V的值就没有变过,引发ABA的问题,一般的处理就是加入版本号如A1 B1 A2,等到操作时候,发现此时A2不是A1,会一直循环等待。

    JDK1.5之后,才引入了CAS操作,该操作由sun.misc.Unsafe里的compareAndSwap()和compareAndSwapLong()等几个方法包提供,虚拟机的内部对这些方法做了特殊的处理,即时编译出来的结果就是一条平台相关的处理器CAS指令

    Unsafe类不是提供给用户调用的类(只有Bootstrap ClassLoader加载Class才能访问它),不采用反射的话,只能通过其他的API访问它,其中compareAndSet(),就是使用了Unsafe类的CAS操作

    以下AtomicInteger类的incrementAndGet()的代码展现操作和冲突检测

            public final int incrementAndGet(){

                       for(;;){

                            int current = get();

                            int next  = current + 1;

                            if(compareAntSet(current,next))

                                return next;

               }

            }

    3.无同步方案(重点讨论线程的本地存储ThreadLocal)

    如果一段代码所需要的数据必须和其他的代码共享,就看这段代码能否保证在同一个线程中执行,如果能,我们就可以把共享数据的可见范围限制在同一个线程中,无需同步也可以保证不出现数据竞争的情况,

维持线程封闭性,使用ThreadLocal,这个类能使线程中的某个值和保存的值关联起来,ThreadLocal提供get(),set()等方法,为每个使用该变量的线程都存有一份独立的副本,get()总是返回当前线程在调用set()设置的最新的值

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