Java并发编程

Java并发编程

（1）三种性质
可见性：一个线程对共享变量的修改，另一个线程能立刻看到。缓存可导致可见性问题
原子性：一个或多个CPU执行操作不被中断。线程切换可导致原子性问题
有序性：编译器优化可能导致指令顺序发生改变。编译器优化可能导致有序性问题。
（2）三个问题
安全性问题：线程安全
活跃性问题：死锁、活锁、饥饿
性能问题：
使用无锁结构：TLS线程 局部 存储，Copy-On- Write，乐观 锁；Java的原子类，Disruptor无锁队列
减少 锁的持有时间：让锁细粒度 。如ConcurrentHashmap；再如读写锁，读无锁写有锁

（3）volatile
C语言中的原意：禁用CPU缓存，从内存中读出和写入。Java语言的引申义：Java会将变量立刻写入内 存， 其他 线程 读取时 直接从 内存读（普通变量改变后，什么 时候写入内 存是不一定的）、禁止指令重排序。
解决问题：

保证可见性
保证有序性
不能保证原子性
一种轻量级的线程安全处理机制

（3）互斥锁sychronized

锁对象：非静态this，静态Class，括号Object参数
预防死锁：互斥：不能破坏占有且等待：同时申请所有资源不可抢占：sychronized解决不了，Lock可以解决循环等待：给资源设置id字段，每次都是按顺序申请锁
等待通知机制：wait、notify、notifyAll
重要说明
在JDK1.6之前，synchronized是重量级锁，效率低下
从JDK1.6开始，synchronized 做了很多优化，如偏向锁、轻量级锁、自旋锁、适应性自旋锁、锁消除、锁粗化等技术来减少锁操作的开销
synchronized 同步锁一共包含四种状态：无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁，它会随着竞争情况逐渐升级。synchronized 同步锁可以升级但是不可以降级，目的是为了提高获取锁和释放锁的效率synchronized 修饰的代 码块 ： 通过 反编 译.class文件 ，通过查 看字节码 可以得到：在代 码块 中使用的是 monitorenter 和 monitorexit 指令，其中 monitorenter 指令指向同步代码块的开始位置，monitorexit 指令指明同步代码块的结束位置synchronized 修 饰的 方 法 ：查看 字节码 可 以 得 到 ： 在 同 步 方 法 中 会 包含ACC _SYN CHRON IZED标记符。该 标记符指明了该方法是一个同步方法，从而执行相应的同步调用

（4）公平锁/非公平锁
公平锁是指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁。
非公平 锁是指多个线程获取锁的顺序并不是按照申请锁的 顺序，有可能后申请 的线程比先申请的线程优先获取锁。有可能，会造成优先级反转或者饥饿现象。对于Java ReentrantLock而言，通过 构造函 数指定该锁是否是公平 锁， 默认 是非公平锁。非公平锁的优点在于吞吐量比公平锁大。
对于synchronized而言，也是一种非公平 锁。由于其并不 像ReentrantLock是通过AQS的来实现线程调度，所以并没有任何办法使其变成公平锁。

（5）可重入锁
可重 入锁又名递归锁，是指在同一个线程在外层方法获取锁的时候，在进入内层 方法会自动获取该锁。
对于JavaReentrantLock而言,他的名字 就可以看出是一个可重入锁， 其名字 是Reentrant Lock重新进入锁。
对于Synchronized而言,也是一个可重入锁。可重入锁的一个好处是可一定程度避免死锁。
特殊的是ReentrantRead WriteLock可重入读写锁：
读锁属于共享锁，写锁属于独占锁
一个线程持有读锁获取写锁时互斥
持有写获取读没问题
ReentrantRead WriteLock是Lock的另一种实现方式，ReentrantLock是一个排他 锁，同一时间只允许一个线程访问，而ReentrantRead WriteLock允许多个读线程同时访问，但不允许写线程和读线程、写线程和写线程同时访问。相对于排他锁，提高了并发性。在实际应用中，大部分 情况 下对共享数据（如缓存）的访问都是读操作 远多于写操作，这时ReentrantRead WriteLock能够提供比排他锁更好的并发性和吞吐量。

编程实现：

//创建重入读 写锁对象，其中可以引入参 数boolean用于  设定是否使用公平 锁，  默认非公平锁
private     static     final   ReentrantRead WriteLock     lock=newReentrantRead WriteLock();
lock.readLock().lock();//申请读锁
lock.readLock().unlock();//释放所拥有的  读锁,如果  没有拥有读锁，则释放时报异常
IllegalMonitorStateException

//申请获取写锁
lock.writeLock().lock();
//由于写锁属于独占锁，所以必须释放读锁后才能申请
lock.writeLock().unlock();
lock.getHoldCount():int //获取所拥有的锁个数

在一个线程中读锁和读锁、写锁和写锁不互斥----可重入的概念，在一个线程中持有读不能申请写，但是持有写可以申请读.

（6）独享锁/共享锁

独享锁是指该锁一次只能被一个线程所持有。共享锁是指该锁可被多个线程所持有。对于JavaReentrantLock是独享锁。但是对于Lock的另一个实现类Read WriteLock，其读锁是共享锁，其写锁是独享锁。

读锁的共享锁可保证并发读是非常高效的，多线程中读写\写读\写写的过程是互斥的。

独享锁与共享锁也是通过AQS来实现的，通过实现不同的方法，来实现独享或者共享。对于synchronized而言，当然是独享锁。

（7）乐观锁/悲观锁
乐观锁与悲观锁不是指具体的什么类型的锁，而是指看待并发同步的角度。
悲观 锁认为对于同一个数据的并发操作，一定是会发生修改的，哪怕没 有修改，也会认为修改。因此对于同一个数据的并发操作，悲观锁采取加锁的形式。悲观的认为，不加锁的并发操作一定会出问题。
乐观 锁则 认为对于同一个数据的并发操作，是不会发生修改的。在更新数据的时候，会采用尝试更新，不断重试的方式更新数据。乐观的认为，不加锁的并发操作是没有事情的。
-CA S
悲观 锁适合写操作非常多的场景 ，乐观 锁适合读操作 非常多的场景 ，不加锁会带来大量的性能提升。悲观锁在Java中的使用，就是利用各种锁。乐观 锁在Java中的使用，是无锁编程，常常采用的是CA S算法，典型 的例子就是原子类，通过CA S自旋实现原子操作的更新。

（8）偏向锁/轻量级锁/重量级锁

这三种锁是指锁的状态，并且是针对Synchronized。在Java 5通过引入锁升级的机制来实现高效Synchronized。这三种锁的状态是通过对象监视器在对象头中的字段来表明的。偏向锁是指一段同步代码一直被 一个线程所访问， 那么 该线程会自动 获取锁。降低 获取锁的代价。
轻量级锁是指当锁是偏向锁的时候，被另一个线程所访问， 偏向锁就会升级 为轻量级锁，其他线程会通过自旋的形式尝试获取锁，不会阻塞，提高性能。
重量 级锁是指当锁为轻量级锁的时候，另一个线程虽然 是自旋 ，但 自旋 不会一直持续下去当自旋 一定次数的时候，还没 有获取到锁，就会进入阻塞 ，该锁膨胀 为重量级锁。重量级锁会让其他申请的线程进入阻塞，性能降低。