第二章-Java并发机制的底层实现原理

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Java并发机制的底层实现原理

Java代码的一生：

1. 编译后变成Java字节码
2. 字节码被类加载器加载到jvm
3. jvm执行字节码，最终转换为汇编指令在CPU上运行

Java中使用的并发机制依赖于jvm的实现和CPU指令。

2.1 - volatile的应用

volatile是轻量级的synchronized. 保证共享变量的可见性.

可见性：一个线程修改共享变量后，另外一个线程能读到修改后的值

因为不会引起线程上下文切换和调度，所以会比synchronized成本更低。

2.1.1 - volatile的定义和实现

Java语言规范对其定义：

Java允许线程访问共享变量，为了确保共享变量能被准确和一致性更新，线程应通过排它锁单独获得这个变量

Java提供了volatile, 比排它锁更方便。如果一个字段被修饰成volatile，Java内存模型会保证所有线程看到的值都是一致的.

volatile如何保证可见性：

1. 修饰的变量在转换为汇编指令时，会有一个Lock前缀的指令
2. 这个指令引发两件事：
   • 将当前处理器缓存行的数据写回到系统内存
   • 写回内存的操作会使在其他CPU里缓存了该内存地址的数据失效

为了提高处理器速度，不直接和内存进行通信。而是将系统内存的数据读到内部缓存再进行操作。

2.2 synchronized

Java中的每一个对象都可以是锁。synchronized实现同步的基础：

1. 普通同步方法: 锁是当前实例对象
2. 静态同步方法: 锁是当前类的class对象
3. 同步方法块: 锁是括号里配置的对象

jvm规范中可以看到synchronized的实现原理：

1. jvm通过进入和退出Monitor对象来实现方法同步和代码块同步，但实现细节不一样
2. 代码块：使用monitorenter和monitorexit指令实现
3. 方法同步: 另外一种

monitorenter指令：在编译后期插入到同步代码块开始位置

monitorexit指令: 插入到方法结束和异常处

1. jvm保证每个monitorenter都有一个monitorexit对应。
2. 任何一个对象都有一个monitor对象关联。并且一个monitor对象被持有后，将处于锁定状态
3. 线程执行到monitorenter指令时，会尝试获取对象所对应的monitor的所有权，即尝试获取对象的锁

线程间通信 
 线程开始运行,拥有自己的栈空间
 可以让多个线程相互配合完成工作
 
 Java支持多个线程同时访问同一个对象的或者对象的成员变量, 每个线程拥有这个变量的拷贝
 虽然对象以及成员变量分配的内存是在共享内存中的, 但是每个线程可以拥有一份拷贝
 目的是加速程序的运行. 所以程序在执行过程中, 一个线程看到的变量不一定是最新的
 
 volatile用来修饰变量, 告知程序任何对这个变量的访问都要通过共享内存中获取
 对他的改变必须同步刷新回共享内存. 能保证所有线程对这个变量访问的可见性

synchronized关键字可以修饰方法或者代码块, 只要确保多个线程在同一时刻,
只能有一个线程处于方法或者同步块中. 保证了线程对变量访问的可见性和排他性`

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