java线程学习(九)—并发编程实践学习

一个对象是否是需要是线程安全的，取决于它是否被多个线程访问。

对象的状态：存储在状态变量（例如实例或静态域）中的数据。在对象的状态中包含了任何可能影响其外部可见行为的数据。

 

由于线程访问无状态对象的形为并不会影响其它线程中操作的正确性，因此无状态对象一定是线程安全的。

 

竞态条件：

当计算的正确性取决于多个线程的交替时序时，就会发生竞态条件。

 

先检查后执行：

基于一种可能失效的结果来做出判断或者执行某个计算。

 

重排序：

在没有同步的情况下，编译器、处理器以及运行时等都可能对操作的执行顺序进行一些意想不到的调整。

 

内置锁：

同步代码块包括两部分：1).做为锁的对象的引用 2)由这个锁保护的代码块。

同步代码块的锁就是方法调用所在的对象。

每个java对象都可以用做一个实现同步的锁，这些锁被称为内置锁。

 

访问一个共享且可变的变量时，为什么要求所有线程在同一个锁上同步？

确保某个线程写入该变量的值对于其它线程来说是可见的。

 

加锁的含义不仅仅是互斥，还有内存可见性。为了确保所有线程都能看到共享变量的最新值，所有执行读操作或者写操作的线程都必须在同一个锁上同步。

 

线程与内存的关系：

在 java垃圾回收整理一文中，描述了jvm运行时刻内存的分配。其中有一个内存区域是jvm虚拟机栈，每一个线程运行时都有一个线程栈，线程栈保存了线程运行时候变量值信息。当线程访问某一个对象时候值的时候，首先通过对象的引用找到对应在堆内存的变量的值，然后把堆内存变量的具体值load到线程本地内存中，建立一个变量副本，之后线程就不再和对象在堆内存变量值有任何关系，而是直接修改副本变量的值，在修改完之后的某一个时刻（线程退出之前），自动把线程变量副本的值回写到对象在堆中变量。这样在堆中的对象的值就产生变化了。下面一幅图

描述这写交互

[img=http://my.youkuaiyun.com/my/album/detail/1809533][/img]

 

 

 

read and load 从主存复制变量到当前工作内存
use and assign  执行代码，改变共享变量值
store and write 用工作内存数据刷新主存相关内容

其中use and assign可以多次出现

但是这一些操作并不是原子性，也就是在read load之后，如果主内存count变量发生修改之后，线程工作内存中的值由于已经加载，不会产生对应的变化，所以计算出来的结果会和预期不一样

对于volatile修饰的变量，jvm虚拟机只是保证从主内存加载到线程工作内存的值是最新的

例如假如线程1，线程2在进行read,load操作中，发现主内存中count的值都是5，那么都会加载这个最新的值

在线程1堆count进行修改之后，会write到主内存中，主内存中的count变量就会变为6

线程2由于已经进行read,load操作，在进行运算之后，也会更新主内存count的变量值为6

导致两个线程及时用volatile关键字修改之后，还是会存在并发的情况。

 

 

 

Java 堆，栈，方法区

 

方法区（非堆）：

是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

java堆：

是虚拟机中所管理的内存中区域最大的一块，是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。java堆是垃圾收集器管理的主要区域。

java虚拟机栈：

线程私有的，它的生命周期与线程相同。每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧，用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每个方法被调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机中从入栈到出栈的过程。

 

 

Java类变量，成员变量

 

成员变量相对局部变量确实具有一定的特殊地位，成员变量的生命周期和对象的生命周期一致，只要对象存在，成员变量就存在，而对象可以脱离{}而存在（一定程度上超越3界，注意对象和变量的区别），只要有变量引用它，它就不会被系统回收没，而局部变量，只有方法被调用的时候才会产生，方法结束就会消亡。另外，成员变量是可以通过反射的方式访问的，而局部变量不行。

 

Java作用域，生命周期

 

Java对象的生命周期大致包括三个阶段：对象的创建，对象的使用，对象的清除。因此，对象的生命周期长度可用如下的表达式表示：T = T1 + T2 +T3。其中T1表示对象的创建时间，T2表示对象的使用时间，而T3则表示其清除时间。由此，我们可以看出，只有T2是真正有效的时间，而T1、T3则是对象本身的开销。下面再看看T1、T3在对象的整个生命周期中所占的比例。
　　我们知道，Java对象是通过构造函数来创建的，在这一过程中，该构造函数链中的所有构造函数也都会被自动调用。另外，默认情况下，调用类的构造函数时，Java会把变量初始化成确定的值：所有的对象被设置成null，整数变量（byte、short、int、long）设置成0，float和double变量设置成0.0，逻辑值设置成false。所以用new关键字来新建一个对象的时间开销是很大的，如表1所示。
　　表1 一些操作所耗费时间的对照表
　　运算操作 示例 标准化时间
　　本地赋值 i = n 1.0
　　实例赋值 this.i = n 1.2
　　方法调用 Funct() 5.9
　　新建对象 New Object() 980
　　新建数组 New int[10] 3100
　　从表1可以看出，新建一个对象需要980个单位的时间，是本地赋值时间的980倍，是方法调用时间的166倍，而若新建一个数组所花费的时间就更多了。
　　再看清除对象的过程。我们知道，Java语言的一个优势，就是Java程序员勿需再像C/C++程序员那样，显式地释放对象，而由称为垃圾收集器（Garbage Collector）的自动内存管理系统，定时或在内存凸现出不足时，自动回收垃圾对象所占的内存。凡事有利总也有弊，这虽然为Java程序设计者提供了极大的方便，但同时它也带来了较大的性能开销。这种开销包括两方面，首先是对象管理开销，GC为了能够正确释放对象，它必须监控每一个对象的运行状态，包括对象的申请、引用、被引用、赋值等。其次，在GC开始回收“垃圾”对象时，系统会暂停应用程序的执行，而独自占用CPU。
　　因此，如果要改善应用程序的性能，一方面应尽量减少创建新对象的次数；同时，还应尽量减少T1、T3的时间，而这些均可以通过对象池技术来实现。

    作用域与生命周期的区别:
　　作用域是对象起作用的地方,生命周期对象生存的时段,就JAVA来说,对象不被引用了也就OVER了。即生命周期定义的是时间，作用域定义的是空间。
　　
　　变量的生命周期和作用域
　　Java允许在任何块中声明变量，(块:由‘{‘ 开始由‘}’ 结束) 。
　　一个”块”定义一个作用域.作用域决定了哪些变量对程序的其他部分是可视的,同时还确定了这些对象的生命周期.
　　定义作用域由一个方法和它的左’{‘开始,如果方法带有参数，那么它们也在方法的作用域之内。
　　一般规则是:在一个作用域内声明的变量对外部的作用域定义的程序不可视(不可访问),因此，在一个作用域中声明变量时,就是在使变量本地化并受其保护而拒绝未经授权的
　　访问和修改.其实，作用域规则为变量提供了封装的功能. 作用域可以嵌套,每次创建一个新的，嵌套的作用域,外部作用域就封入到内部作用域,这就意味着外部作用域声明的对象在内部作用域中的代码是可以访问的，反之则是不正确的。
　　变量的作用域影响了其生命周期。进入到变量的作用域创建变量，离开变量的作用域则清除变量。也就是说变量离开了它的作用域则不再保存它的值.
　　因此变量的生命周期受其作用域限制。

java对象的作用域

Java对象不具备与主类型一样的存在时间。用new关键字创建一个Java对象的时候，它会超出作用域的范围之外。所以假若使用下面这段代码：

{
String s = new String("a string");
} /* 作用域的终点 */

那么句柄s会在作用域的终点处消失。然而，s指向的String对象依然占据着内存空间。在上面这段代码里，我们没有办法访问对象，因为指向它的唯一一个句柄已超出了作用域的边界。在后面的章节里，大家还会继续学习如何在程序运行期间传递和复制对象句柄。
这样造成的结果便是：对于用new创建的对象，只要我们愿意，它们就会一直保留下去。这个编程问题在C和C++里特别突出。看来在C++里遇到的麻烦最大：由于不能从语言获得任何帮助，所以在需要对象的时候，根本无法确定它们是否可用。而且更麻烦的是，在C++里，一旦工作完成，必须保证将对象清除。
这样便带来了一个有趣的问题。假如Java让对象依然故我，怎样才能防止它们大量充斥内存，并最终造成程序的“凝固”呢。在C++里，这个问题最令程序员头痛。但Java以后，情况却发生了改观。Java有一个特别的“垃圾收集器”，它会查找用new创建的所有对象，并辨别其中哪些不再被引用。随后，它会自动释放由那些闲置对象占据的内存，以便能由新对象使用。这意味着我们根本不必操心内存的回收问题。只需简单地创建对象，一旦不再需要它们，它们就会自动离去。这样做可防止在C++里很常见的一个编程问题：由于程序员忘记释放内存造成的“内存溢出”。