【JavaSE】【多线程】进阶知识

一、常见的锁策略

1.1 悲观锁 vs 乐观锁

悲观和乐观是指锁竞争的激烈情况。

1. 悲观锁：加锁的时候预测接下来的锁竞争会非常激烈，就需要针对这样的激烈情况额外做工作；
2. 乐观锁：加锁的时候预测接下来的锁竞争不激烈，就不需要额外做工作去处理锁竞争情况；

1.2 重量级锁 vs 轻量级锁

这两种锁就对应上诉的悲观乐观情况下的处理机制。

1. 重量级锁：应对上面的锁竞争激烈的悲观情况，效率更低；
2. 轻量级锁：应对上面的锁竞争不激烈的情况，效率更高。

1.3 挂起等待锁 vs 自旋锁

这又是对上面的重量级与轻量级锁的典型实现。

1. 挂起等待锁：重量级锁的典型实现，是操作系统内核级别的，加锁发生竞争，线程进入阻塞后，就需要内核进行唤醒。获取锁的周期会变长，但是这期间不会消耗CPU资源。
2. 自旋锁：轻量级锁的典型实现，是应用程序级别的，加锁时发生竞争，一般不进行阻塞，而是通过忙等，等待后续程序唤醒。获取锁的周期很短，可以及时获取到锁，但是这期间会一直消耗CPU资源。

1.4 普通互斥锁 vs 读写锁

这两种锁是针对加锁解锁时的线程安全问题。

• 普通互斥锁只有加锁，解锁操作，并且读操作不会出现线程安全问题；
• 而读写锁有读加锁，写加锁，和解锁操作，
  读锁与读锁之间不互斥；
  读锁与写锁之间存在互斥；
  写锁与写锁之间也存在互斥。
  读写锁主要是针对读操作多，写操作少的情况服务。

1.5 可重入锁 vs 不可重入锁

这组锁就是针对同一个线程多次嵌套获取同一把锁。

• 可重入锁：字面意思是“可以重新进入的锁”，即允许同一个线程多次获取同一把锁。
• 不可重入锁：字面意思是“不可以重新进入的锁”，即同一个线程多次获取同一把锁，会报错。

1.6 不公平锁 vs 公平锁

这组锁是针对线程获取锁的概率设置的。

• 不公平锁：在Java中不公平锁是概率均等的随机分配锁；
• 公平锁：在Java中公平锁是按照等待的时间先来后到分配锁。因为操作系统是随机调度，为了实现公平锁就需要数据结构来记录先后调度顺序。

二、synchronized特性

2.1 synchronized的锁策略

锁策略如下：

• synchronized是一个自适应的锁，开始时是乐观锁, 如果锁冲突频繁, 就转换为悲观锁。
• 开始是轻量级锁实现, 如果锁被持有的时间较长, 就转换成重量级锁。
• 是一种普通互斥锁。
• 是一种不公平锁。
• 是一种可重入锁。

2.2 synchronized加锁过程

synchronized的自适应过程称为锁升级：无锁 -> 偏向锁 -> 自旋锁 -> 重量级锁。

• 偏向锁：偏向锁不是真的 “加锁”, 只是给对象头中做一个 “偏向锁的标记”, 记录这个锁属于哪个线程.
  如果后续没有其他线程来竞争该锁, 那么就不用进行其他同步操作了(避免了加锁解锁的开销)
  如果后续有其他线程来竞争该锁(刚才已经在锁对象中记录了当前锁属于哪个线程了, 很容易识别
  当前申请锁的线程是不是之前记录的线程), 那就取消原来的偏向锁状态, 进入一般的轻量级锁状态.
  就像跟你搞暧昧，但是不正式跟你确认关系，如果没人来追求你就一直不确定关系，如果有人追求你就确认关系。

• 无锁 -> 偏向锁 ：这个阶段是进入synchronized代码块；

• 偏向锁 -> 自旋锁：这个阶段是拿到偏向锁后，遇到其他线程来竞争这个锁；

• 自旋锁 -> 重量级锁：这个阶段是JVM发现当前的锁竞争非常激烈。

2.3 其它优化措施

除了上面的synchronized锁升级以外，还有以下的优化措施：

• 锁消除：编译器优化措施，编译器会对加锁的代码进行判断（但这种判断是非常保守的，只有100%确定当前是单线程），如果当前逻辑不需要加锁，编译器就会自动去除synchronized。

• 锁粗化：一个代码对细粒度的代码反复加锁解锁，就会将这个步骤优化为更粗粒度的加锁解锁。
  

• 锁的粒度：加锁和解锁之间，包含的代码执行的逻辑/时间越多，则锁的粒度就越粗，反之越细。

三、CAS

3.1 CAS概念

CAS: 全称Compare and swap，字面意思:”比较并交换“，一个 CAS 涉及到以下操作：

我们假设内存中的原数据V，旧的预期值A，需要修改的新值B。

1. 比较 A 与 V 是否相等。（比较）
2. 如果比较相等，将 B 写入 V。（交换）
3. 返回操作是否成功。

伪代码表示如下：

boolean CAS(address, expectValue, swapValue) {
   
 if (&address == expectedValue) {
   
   &address = swapValue;
        return true;
   }
    return false;