1.Java內(nèi)存模型
JMM的內(nèi)存模型如圖所示，其規(guī)定了所有變量都存儲(chǔ)在主內(nèi)存中，每條線程還有自己的工作內(nèi)存，工作內(nèi)存中保存了被該線程使用到的變量的主內(nèi)存副本拷貝，線程對(duì)變量的所有操作，都必須在工作內(nèi)存中進(jìn)行。
三大特性：
- 可見(jiàn)性：指當(dāng)一個(gè)線程修改了共享變量的值，其他線程能夠立即得知這個(gè)修改。JMM是通過(guò)在變量修改后將新值同步回主內(nèi)存，在變量讀取前從主內(nèi)存刷新變量值來(lái)實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)性的。
- 原子性：不可分割，某個(gè)線程在做具體某個(gè)事務(wù)時(shí)，中間不可以被加塞或分割，需要整體完整。
- 有序性：在本線程內(nèi)觀察，所有操作都是有序的。在一個(gè)線程觀察另一個(gè)線程，所有操作都是無(wú)序的，無(wú)序是因?yàn)榘l(fā)生了指令重排序。
2.volatitle
volatitle是jvm提供的輕量級(jí)的同步機(jī)制，保證可見(jiàn)性，但不保證完整性，禁止指令重排，其并不是并發(fā)安全的。由于其只保證可見(jiàn)性，在不符合以下兩條規(guī)則的場(chǎng)景中，仍然要通過(guò)加鎖來(lái)保證原子性：
- 運(yùn)算結(jié)果并不依賴變量的當(dāng)前值，或者能夠確保只有單一的線程修改變量的值。
- 變量不需要與其他的狀態(tài)變量共同參與不變約束。
可見(jiàn)性保證：volatile保證了修飾的共享變量在轉(zhuǎn)換為匯編語(yǔ)言時(shí)，會(huì)加上一個(gè)lock為前綴的指令，當(dāng)CPU發(fā)現(xiàn)這個(gè)指令時(shí)，會(huì)立刻做以下兩件事：
1.將當(dāng)前內(nèi)核中線程工作內(nèi)存中該共享變量刷新到主存
2.通知其他內(nèi)核里緩存的該共享變量?jī)?nèi)存地址無(wú)效
3.狀態(tài)切換
Java語(yǔ)言定義了5種線程狀態(tài)，在任意一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，一個(gè)線程只能有且只有一種狀態(tài)：
- 新建（New）：創(chuàng)建后尚未啟動(dòng)的線程處于這種狀態(tài)
- 運(yùn)行（Runnable）：處于此狀態(tài)的線程有可能正在執(zhí)行，也有可能正在等待著CPU給它分配時(shí)間
- 無(wú)限期等待（Waiting）：處于這種狀態(tài)的線程不會(huì)被CPU分配時(shí)間，它們要等待被其他線程喚醒?？赏ㄟ^(guò)以下方法無(wú)限期等待：
1.沒(méi)有設(shè)置Timeout參數(shù)的Object.wait()
2.沒(méi)有設(shè)置Timeout參數(shù)的Thread.join()
3.LockSupport.park()方法 - 限期等待（Timed Waiting）：這種狀態(tài)下也不會(huì)被分配CPU時(shí)間，不過(guò)無(wú)須等待被喚醒，一段時(shí)間后會(huì)由系統(tǒng)自動(dòng)喚醒。
- 阻塞（Blocked）：線程在等待著獲取到一個(gè)排他鎖。
- 結(jié)束（Terminated）：已終止的線程狀態(tài)。
4.線程安全
當(dāng)多個(gè)線程訪問(wèn)一個(gè)對(duì)象時(shí)，如果不用考慮這些線程在運(yùn)行時(shí)環(huán)境下的調(diào)度和交替執(zhí)行，也不需要進(jìn)行額外的同步，或者在調(diào)用方進(jìn)行任何其他的協(xié)調(diào)操作，調(diào)用這個(gè)對(duì)象的行為都可以獲得正確的結(jié)果，那這個(gè)對(duì)象是線程安全的。
5.線程安全的實(shí)現(xiàn)方法
5.1 互斥同步
同步是指多個(gè)線程并發(fā)訪問(wèn)共享數(shù)據(jù)時(shí)，保證共享數(shù)據(jù)在同一時(shí)刻只被一個(gè)（或者是一些，使用信號(hào)量的時(shí)候）線程使用。而互斥是實(shí)現(xiàn)同步的一種手段，臨界區(qū)、互斥量和信號(hào)量都是主要的互斥實(shí)現(xiàn)方式。
-
synchronized
synchronized是JVM實(shí)現(xiàn)的，可用于同步代碼塊，同步一個(gè)方法，同步一個(gè)類，同步一個(gè)靜態(tài)方法。JVM基于進(jìn)入和退出Monitor對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn)方法同步和代碼塊同步。代碼塊同步是使用monitorenter和monitorexit指令實(shí)現(xiàn)的，而方法同步卻不是。
Java的線程是映射到操作系統(tǒng)的原生線程智商的，如果要阻塞或喚醒一個(gè)線程，都需要操作系統(tǒng)來(lái)幫忙完成，這就需要從用戶態(tài)切換到內(nèi)核態(tài)種，因此狀態(tài)轉(zhuǎn)換你需要耗費(fèi)很多的處理器時(shí)間，所以synchronized是Java語(yǔ)言的一個(gè)重量級(jí)操作。 - synchronized的優(yōu)化
- 自旋鎖：互斥同步進(jìn)入阻塞狀態(tài)的開(kāi)銷很大。自旋鎖讓一個(gè)線程請(qǐng)求一個(gè)共享數(shù)據(jù)的鎖的時(shí)候執(zhí)行忙循環(huán)一段時(shí)間，如果在這段時(shí)間能獲得鎖，就可以避免進(jìn)入阻塞狀態(tài)。它只適用于共享數(shù)據(jù)鎖定狀態(tài)很短的情況。
- 鎖消除：被檢測(cè)出不可能存在競(jìng)爭(zhēng)的共享數(shù)據(jù)的鎖進(jìn)行消除。
- 鎖粗化：如果虛擬機(jī)探測(cè)到一系列連續(xù)的操作對(duì)同一個(gè)對(duì)象頻繁加鎖，就會(huì)把加鎖的范圍擴(kuò)展到整個(gè)操作序列的外部。
- 輕量級(jí)鎖：相對(duì)于傳統(tǒng)的重量級(jí)鎖而言，使用CAS操作來(lái)避免重量級(jí)鎖使用互斥量的開(kāi)銷。先采用CAS操作進(jìn)行同步，如果CAS失敗了再改用互斥量來(lái)進(jìn)行同步。
- 偏向鎖：讓第一個(gè)獲取鎖對(duì)象的進(jìn)程，在這之后獲取該鎖就不再需要進(jìn)行同步操作。當(dāng)有另外一個(gè)鎖去嘗試獲取這個(gè)對(duì)象時(shí)，偏向狀態(tài)就宣告結(jié)束，此時(shí)恢復(fù)到無(wú)鎖狀態(tài)或輕量級(jí)鎖狀態(tài)。
ReentrantLock
基本語(yǔ)法上和synchronized相似，都是可重入鎖，但增加了一些高級(jí)功能，比如等待可中斷、可實(shí)現(xiàn)公平鎖、鎖可以綁定多個(gè)條件。二者的區(qū)別
- synchronized基于jvm實(shí)現(xiàn)，ReentrantLock基于jdk實(shí)現(xiàn)
- ReentranLock是等待可中斷的，synchronized不是
- ReentranLock可實(shí)現(xiàn)公平鎖
- ReentranLock可綁定多個(gè)條件。
5.2 非阻塞同步
從處理問(wèn)題的方式上說(shuō)，互斥同步屬于一種悲觀的并發(fā)策略，總是認(rèn)為只要不去做正確的同步措施，就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，無(wú)論是否出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)，都要進(jìn)行加鎖。而樂(lè)觀鎖是先進(jìn)行操作，如果沒(méi)有其他線程競(jìng)爭(zhēng)共享數(shù)據(jù)，那么操作就成功了。這種樂(lè)觀的并發(fā)策略不需要把線程掛起。
-
CAS
比較并交換。CAS指令有3個(gè)操作數(shù)，內(nèi)存地址V，舊的期望值A(chǔ)，新的值B。只有當(dāng)V的值等于A，才把V的值更新為B。 -
JUC中的原子類
例如AtomicInteger中就調(diào)用了Unsafe類的CAS操作。其自增操作就是基于CAS實(shí)現(xiàn)的。 -
ABA
如果一個(gè)變量初次讀取的時(shí)候是A值，后來(lái)被改為了B，然后又被改回A，那CAS會(huì)誤認(rèn)為它沒(méi)有改變過(guò)，這就會(huì)導(dǎo)致ABA問(wèn)題。JUC提供了一個(gè)帶有標(biāo)記的原子引用類AtomicStampedReference來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，它可以通過(guò)控制變量值的版本來(lái)保證CAS的正確性。
6.AQS（AbstractQueuedSynchronizer隊(duì)列同步器）
AQS是一個(gè)用來(lái)構(gòu)建鎖和同步器的框架，ReentrantLock，Semaphore，F(xiàn)utureTask等等均是基于AQS。其核心思想是，如果被請(qǐng)求的共享資源空閑，則將當(dāng)前請(qǐng)求資源的線程設(shè)置為有效的工作線程，并且將共享資源設(shè)置為鎖定狀態(tài)。如果被請(qǐng)求的共享資源被占用，需要一套線程阻塞等待以及喚醒時(shí)鎖分配的機(jī)制，這個(gè)機(jī)制是用CLH隊(duì)列鎖實(shí)現(xiàn)的，即將暫時(shí)獲取不到鎖的線程加入到隊(duì)列中。
CLH是一個(gè)虛擬的雙向隊(duì)列（不存在隊(duì)列實(shí)例，僅存在結(jié)點(diǎn)間的關(guān)聯(lián)聯(lián)系）。AQS將每條請(qǐng)求共享資源的線程封裝成一個(gè)CLH鎖隊(duì)列的一個(gè)結(jié)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)鎖的分配。
- AQS定義兩種資源共享方式
Exclusive(獨(dú)占)：只有一個(gè)線程能執(zhí)行，如可重入鎖
Share(共享)：多個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行，如Semaphore/CountDownLatch。
同步器的設(shè)計(jì)是基于模板方法模式的，也就是說(shuō)，使用者需要繼承同步器并重寫(xiě)指定的方法。
同步器可重寫(xiě)的方法
- AQS組件
- Semaphone：允許多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)資源。
- CountDownLatch：用來(lái)控制一個(gè)線程等待多個(gè)線程。維護(hù)了一個(gè)計(jì)數(shù)器 cnt，每次調(diào)用 countDown() 方法會(huì)讓計(jì)數(shù)器的值減 1，減到 0 的時(shí)候，那些因?yàn)檎{(diào)用 await() 方法而在等待的線程就會(huì)被喚醒。
- CyclicBarrier：用來(lái)控制多個(gè)線程互相等待，只有當(dāng)多個(gè)線程都到達(dá)時(shí)，這些線程才會(huì)繼續(xù)執(zhí)行。
- ReentrantReadWriteLock：讀寫(xiě)鎖允許同時(shí)對(duì)某一資源進(jìn)行讀
7.ThreadLocal
ThreadLocal對(duì)象可以提供線程局部變量，每個(gè)線程Thread擁有一份自己的副本變量，多個(gè)線程互不干擾。每個(gè)線程都有一個(gè)ThreadLocalMap，其結(jié)構(gòu)類似HashMap，但ThreadLocalMap中沒(méi)有鏈表結(jié)構(gòu)。每一個(gè)ThreadLocal對(duì)象作為Map中的key，value為代碼中放入的值。
其中的key為弱引用，發(fā)生GC后，key會(huì)被回收，而value為強(qiáng)引用，不會(huì)被回收，這個(gè)時(shí)候就可能導(dǎo)致內(nèi)存泄漏。ThreadLocalMap的解決方法為再調(diào)用set()、get()、remove()方法的時(shí)候，會(huì)清理掉key為Null的記錄。
8.線程池
http://m.itdecent.cn/p/3f6eed342491
9.場(chǎng)景
- 死鎖
public static Object lock1=new Object();
public static Object lock2=new Object();
public static void main(String[] args) {
Thread thread1=new Thread(()->{
synchronized (lock1){
System.out.println("Thread 1 get Lock 1");
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}finally {
synchronized (lock2){
System.out.println("Thread 1 get Lock 2");
}
}
}
});
Thread thread2=new Thread(()->{
synchronized (lock2){
System.out.println("Thread 2 get Lock 2");
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}finally {
synchronized (lock1){
System.out.println("Thread 2 get Lock 1");
}
}
}
});
thread1.start();
thread2.start();
}
- 兩個(gè)線程交替打印A和B
public static volatile boolean flag=true;
public static void main(String[] args) {
Thread thread1=new Thread(() -> {
while (true){
if (flag){
System.out.println("A");
flag=!flag;
}
}
});
Thread thread2=new Thread(() -> {
while (true){
if (!flag){
System.out.println("B");
flag=!flag;
}
}
});
thread1.start();
thread2.start();
}
