深入理解java虚拟机--线程安全与锁优化

面向过程编程思想和面向对象编程思想
java语言中的线程安全
线程安全的实现方法
锁优化

面向过程编程思想和面向对象编程思想

面向过程编程思想：站在计算机的角度，以算法为核心，数据是客体，程序代码处理数据。
面向对象编程思想：站在现实世界的角度，数据和行为视为对象的一部分。

java语言中的线程安全

5类共享数据类别：1.不可变；2.绝对线程安全；3.相对线程安全；4.线程兼容；5.线程对立。

不可变（final）
不可变带来的安全性是最简单和最纯粹的。基本数据类型，final关键字修饰；共享数据是一个对象，对象的行为用final修饰。
绝对线程安全
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，或者在调用方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，那这个对象是线程安全的。
相对线程安全
单独操作是线程安全的；需要额外的同步手段（特定顺序的连续调用）。
例子：Vector的get()、remove()、size()等方法；其他类如：HashTable等。
线程兼容
本身不是线程安全的；需要正确使用同步手段。
例子：Vector的get()、remove()、size()等方法；其他类如：ArrayList、HashMap等。
线程对立
无论是采取何种同步措施，都无法达到线程安全的。
例子：Thread类的suspend()和resume();其他类如：System类的setInt()、setOut()和runFinalizersOnExit()等。

线程安全的实现方法

3种实现方法：1.互斥同步；2.非阻塞同步；3.无同步方案。

互斥同步
也称阻塞同步；互斥是方法，同步是目的；互斥的实现方式主要有三种：临界区，互斥量，信号量。实现同步手段：synchronized和ReentrantLock。

synchronized：原生语法层面的互斥；关键字经过编译后在同步块前后形成monitorenter和monitorexit两个字节码指令，这两字字节码指令都需要一个reference类型的参数来指明要锁定和解锁的对象；如果synchronized修饰的实例方法则去取对应的对象实例，如果修饰的是类方法，则去取Class对象所为锁对象。有两点要注意的：1.synchronized同步块对同一条线程来说是可重入的，不会出现自己把自己锁死的情况；2.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。
ReentrantLock：API层面的互斥；相对于synchronized来说有三个高级特性：1.等待可中断；2.可实现公平锁；3.锁可以绑定多个条件；
synchronized和ReentrantLock吞吐量比较
jdk1.5版本:ReentrantLock>synchronized;
jdk1.6后版本:synchronized、ReentrantLock两者持平；
处理问题方式角度：互斥同步是悲观策略。

阻塞和唤醒一个线程，需要从用户态转换到核心态，消耗性能。

非阻塞同步

定义

基于冲突检测的乐观并发策略，先进行操作，如果没有其他线程的竞争共享数据，那操作就是成功了；如果共享数据有争用，产生了冲突，那就再采取其他的补充措施（最常见的补偿措施就是不断的重试，直到成功为止），这种乐观的策略很多实现都不需要把线程挂起。
处理问题方式角度：非阻塞同步是乐观策略。
CAS指令
内存位置（V）、旧的预期值（A）、新值（B）；
CAS指令执行时，当且仅当V符合旧预期值A时，处理器用新值B更新V的值，否则它就不执行更新，但是无论是否更新了V的值，都会返回V的旧值，上述的处理过程是一个原子操作。

CAS漏铜，ABA问题：
如果一个变量V初次读取的时候是A值，并且在准备赋值的时候检查到它仍然是A值，那我们就能说它的值没有被其他线程改变过了吗？如果在这段期间它的值曾经被改成了B，后来又被改成了A，那CAS操作就会误认为它从来没有被改变过。

无同步方案

2类：1.可重入代码；2.线程本地存储。
1. 可重入代码
  3个特征：不依赖存储在堆上的数据和公用的系统资源、用到的状态量都是由参数传入、不调用非可重入的方法。
2. 线程本地存储
  例子：生产者-消费者：Web交互模型中的"一个请求对应一个服务器线程"的处理方式。

锁优化

5种锁优化：1.自旋锁和自适应自旋；2.锁消除；3.锁粗化；4.轻量级锁；5.偏向锁。

自旋锁和自适应自旋

自旋锁定义
是指尝试获取锁的线程不会立即阻塞,而是采用循环的方式去尝试获取锁。
自适应自旋定义
- 自旋的时间不在固定，由前一次在同一个锁上的自旋时间及锁的拥有者的状态决定。
原因
- 挂起线程和唤醒线程会消耗处理器时间
- 共享数据的锁定状态很多情况只会持续很短的时间

锁消除

定义
指在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。

锁粗化
范围扩大，如果虚拟机探测到有这样的一串零碎的操作都是对同一个对象加锁，将会把加锁同步的范围扩展（粗化）到整个操作序列的外部，这样只需要加锁一次就可以了。
轻量级锁

没有多线程的竞争前提下；减少传统的重量级所使用操作系统互斥量产生的性能消耗。
Mark Word

偏向锁

消除数据在无竞争情况下的同步原语，进一步提高程序的运行性能。
不用做CAS操作。

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