Java线程安全与锁优化-优快云博客

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1.线程安全的定义：当多个线程访问一个对象时，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，或者再调用放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，那么这个对象就是线程安全的。

2.java语言中各种操作共享的数据类型：不可变、绝对线程安全、相对线程安全、线程兼容和线程对立

1）不可变：final关键字修饰的变量

2）绝对的线程安全：【不管运行时环境如何】，调用者都不需要任何额外的同步措施

3）相对线程安全：保证对这个对象单独的操作是线程安全的，我们在【调用的时候】不需要做额外的保障措施。

4）线程兼容：对象并不是线程安全的，但是可以通过在调用端正确使用同步手段来保证对象在【并发环境中】安全地使用。

5）线程对立：不管调用端是否采取了同步措施，都无法在多线程环境中并发使用的代码。

3.线程安全的实现方法

（1）互斥同步【互斥-因/方法，同步-果/目的】

同步:指在多个线程并发访问共享数据时，保证共享数据在同一时刻只被一条线程使用。

互斥：实现同步的一种手段

互斥实现方式：临界区、互斥量和信号量

1）synchronized关键字：经过编译后，会在同步块的前后形成monitorenter和monitorexit两个字节码指令，这两个字节码都需要一个reference类型的参数来指明要锁定和解锁的对象。【具体：在执行monitorenter指令——>尝试获取对象的锁——>若对象】

注：synchronized同步块对同一线程来说是可重入的，不会自己把自己锁死。

同步块在已进入的线程执行完之前，会阻塞后面其他线程的进入。

（2）非阻塞同步：乐观并发策略——先进行操作，如果没有其他线程争用共享数据，那操作就成功了；若有争用，产生了冲突，再进行其他的补偿措施。

（3）无同步方案

线程安全的代码：

1）可重入代码：如果一个方法，它的返回结果是可以预测的，只要输入相同的数据，就能返回相同的结果，那他就是满足可重入性的要求，这样无需同步也能保证数据之间不会出现数据争用的问题

2）线程本地存储：代码中所需要的共享数据的代码

需要被多线程访问的变量——声明为valotile

需要被某个线程独享的变量——通过java.lang.ThreadLocal类来实现本地存储的功能。每一个线程的Thread对象中都有一个ThreadLocalMap对象，这个独享存储了一组以ThreadLocal.threadLocalHashCode为键，以本地线程变量为值的K-V值对，ThreadLocal对象就是当前线程的ThreadLocalMap的访问入口，每一个ThreadLocal对象都包含了一个独一无二的threadLocalHashCode值，使用这个值就可以在线程K-V值对中找到对应的本地线程变量。

4.锁优化

（1）自旋锁和自适应锁

1）自旋锁：由于一般共享数据的锁定状态只会持续很短的一段时间，。当物理机器有一个以上的处理器，能让两个或者以上的线程同时并行执行，可以让后面请求锁的线程“稍等一会”，但不放弃处理器的执行时间，看持有锁的线程是否很快就会释放锁。为了让线程等待，我们须让线程执行一个忙循环（自旋）

自旋次数默认值是10次，参数：-XX：PreBlockSpin

2）自适应的自旋锁

特性：自旋的时间不再固定了，由前一次在同一个锁上的自选时间及锁的拥有者的状态来决定。

（2）锁消除：虚拟机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。

如何判断是否进行锁消除：来源于逃逸分析的数据支持。若一段代码，堆上的所有数据都不会逃逸出去被其他线程访问到，那就可以把他们当做栈上数据对待。

（3）锁粗化

场景：共享数据块的范围过大，一串零碎的操作都对一个对象加锁

做法：把加锁同步的范围扩展到整个操作序列的外部，这样就只需要加锁一次

（4）轻量级锁