7.并发安全

前言

 本模块Java大多总结于《Java编程艺术》，总结参考代码如下：https://gitee.com/chuduwriter/threadStudy.git

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类的线程安全定义  

如果多线程下使用这个类，不过多线程如何使用和调度这个类，这个类总是表示出正确的行为，这个类就是线程安全的。

类的线程安全表现为：

1. 操作的原子性
2. 内存的可见性

不做正确的同步，在多个线程之间共享状态的时候，就会出现线程不安全。

怎么才能做到类的线程安全？

栈封闭

所有的变量都是在方法内部声明的，这些变量都处于栈封闭状态。

无状态

没有任何成员变量的类，就叫无状态的类

让类不可变

让状态不可变，两种方式：

1，加final关键字，对于一个类，所有的成员变量应该是私有的，同样的只要有可能，所有的成员变量应该加上final关键字，但是加上final，要注意如果成员变量又是一个对象时，这个对象所对应的类也要是不可变，才能保证整个类是不可变的。

2、根本就不提供任何可供修改成员变量的地方，同时成员变量也不作为方法的返回值

volatile

保证类的可见性，最适合一个线程写，多个线程读的情景，

加锁和CAS

安全的发布

类中持有的成员变量，特别是对象的引用，如果这个成员对象不是线程安全的，通过get等方法发布出去，会造成这个成员对象本身持有的数据在多线程下不正确的修改，从而造成整个类线程不安全的问题。

TheadLocal

 

Servlet

不是线程安全的类，为什么我们平时没感觉到，：2、在需求上，很少有共享的需求，第二，接收到了请求，返回应答的时候，都是由一个线程来负责的。

死锁

资源一定是多于1个，同时小于等于竞争的线程数，资源只有一个，只会产生激烈的竞争。

死锁的根本成因：获取锁的顺序不一致导致。

怀疑发送死锁：

通过jps 查询应用的 id，

再通过jstack id 查看应用的锁的持有情况

解决办法：保证加锁的顺序性

动态的

动态顺序死锁，在实现时按照某种顺序加锁了，但是因为外部调用的问题，导致无法保证加锁顺序而产生的。

解决：

1. 通过内在排序，保证加锁的顺序性
2. 通过尝试拿锁，也可以。

其他安全问题

活锁

尝试拿锁的机制中，发生多个线程之间互相谦让，不断发生拿锁，释放锁的过程。

解决办法：每个线程休眠随机数，错开拿锁的时间。

线程饥饿

低优先级的线程，总是拿不到执行时间

性能和思考

使用并发的目标是为了提高性能，引入多线程后，其实会引入额外的开销，如线程之间的协调、增加的上下文切换，线程的创建和销毁，线程的调度等等。过度的使用和不恰当的使用，会导致多线程程序甚至比单线程还要低。

衡量应用的程序的性能：服务时间，延迟时间，吞吐量，可伸缩性等等，其中服务时间，延迟时间（多快），吞吐量（处理能力的指标，完成工作的多少）。多快和多少，完全独立，甚至是相互矛盾的。

对服务器应用来说：多少（可伸缩性，吞吐量）这个方面比多快更受重视。

我们做应用的时候：

1. 先保证程序正确，确实达不到要求的时候，再提高速度。（黄金原则）
2. 一定要以测试为基准。

一个应用程序里，串行的部分是永远都有的。

Amdahl定律  ：  1/(F+(1-N)/N)   F:必须被串行部分,程序最好的结果， 1/F。

影响性能的因素

上下文切换

是指CPU 从一个进程或线程切换到另一个进程或线程。一次上下文切换花费5000~10000个时钟周期，几微秒。在上下文切换过程中，CPU会停止处理当前运行的程序，并保存当前程序运行的具体位置以便之后继续运行。从这个角度来看，上下文切换有点像我们同时阅读几本书，在来回切换书本的同时我们需要记住每本书当前读到的页码。

上下文切换通常是计算密集型的。也就是说，它需要相当可观的处理器时间。所以，上下文切换对系统来说意味着消耗大量的 CPU 时间，事实上，可能是操作系统中时间消耗最大的操作。

内存同步

一般指加锁，对加锁来说，需要增加额外的指令，这些指令都需要刷新缓存等等操作。

阻塞

会导致线程挂起【挂起：挂起进程在操作系统中可以定义为暂时被淘汰出内存的进程，机器的资源是有限的，在资源不足的情况下，操作系统对在内存中的程序进行合理的安排，其中有的进程被暂时调离出内存，当条件允许的时候，会被操作系统再次调回内存，重新进入等待被执行的状态即就绪态，系统在超过一定的时间没有任何动作】。很明显这个操作包括两次额外的上下文切换。

减少锁的竞争

减少锁的粒度

使用锁的时候，锁所保护的对象是多个，当这些多个对象其实是独立变化的时候，不如用多个锁来一一保护这些对象。但是如果有同时要持有多个锁的业务方法，要注意避免发生死锁

缩小锁的范围

对锁的持有实现快进快出，尽量缩短持由锁的的时间。将一些与锁无关的代码移出锁的范围，特别是一些耗时，可能阻塞的操作

避免多余的缩减锁的范围

两次加锁之间的语句非常简单，导致加锁的时间比执行这些语句还长，这个时候应该进行锁粗化—扩大锁的范围。

锁分段

ConcurrrentHashMap就是典型的锁分段。

替换独占锁

在业务允许的情况下：

1. 使用读写锁，
2. 用自旋CAS
3. 使用系统的并发容器

线程安全的单例模式

双重检查锁定

解决办法，加volatile关键字

解决之道

懒汉式

类初始化模式，也叫延迟占位模式。在单例类的内部由一个私有静态内部类来持有这个单例类的实例。

延迟占位模式还可以用在多线程下实例域的延迟赋值。

饿汉式

在声明的时候就new这个类的实例，因为在JVM中，对类的加载和类初始化，由虚拟机保证线程安全。

或者使用枚举