JVM笔记-13

摘要：不可变如绝对线程安全就是满足并发编程实战中对线程安全的定义在中标注自己是线程安全的类，大都不是绝对的线程安全。如的和二实现线程安全的方法互斥同步互斥是因同步是果互斥是方法同步是目的。

一.到底什么叫线程安全:
java并发编程实战中对线程安全的定义是：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”。这个定义比较严格，一般我们都会将其弱化。
按照线程安全的“安全程度”由强至弱来排序,我们可以将Java语言中各种操作共享的数据分为以下5类:不可变、绝对线程安全、相对线程安全、线程兼容和线程对立。
1.不可变：如String
2.绝对线程安全就是满足java并发编程实战中对线程安全的定义
在javaAPI中标注自己是线程安全的类，大都不是绝对的线程安全。如Vector，它的add，get，size方法都加了synchronized修饰的，但请看下面一段代码：

private static Vector vector = new Vector();  
  
  
    public static void main(String[] args) {  
        while (true) {  
            for (int i = 0; i < 10; i++) {  
                vector.add(i);  
            }  
  
  
            Thread removeThread = new Thread(new Runnable() {  
                @Override  
                public void run() {  
                    for (int i = 0; i < vector.size(); i++) {  
                        vector.remove(i);  
                    }  
                }  
            });  
  
  
            Thread printThread = new Thread(new Runnable() {  
                @Override  
                public void run() {  
                    for (int i = 0; i < vector.size(); i++) {  
                        System.out.println((vector.get(i)));  
                    }  
                }  
            });  
  
  
            removeThread.start();  
            printThread.start();  
  
  
            //不要同时产生过多的线程，否则会导致操作系统假死  
            while (Thread.activeCount() > 20);  
        }  
    }  

这段代码有可能产生问题，因为如果在printThread刚好要打印最后一个元素时removeThread恰好删除了一个元素，则printThread就会产生ArrayIndexOutOfBoundsException

3.相对线程安全
相对的线程安全就是我们通常意义上所讲的线程安全,它需要保证对这个对象多带带的操作是线程安全的,我们在调用的时候不需要做额外的保障措施,但是对于一些特定顺序的连续调用,就可能需要在调用端使用额外的同步手段来保证调用的正确性。如上面的Vector容器就是相对线程安全

4.线程兼容
线程兼容是指对象本身并不是线程安全的,但是可以通过在调用端正确地使用同步手段来保证对象在并发环境中可以安全地使用,我们平常说一个类不是线程安全的,绝大多数时候指的是这一种情况

5.线程对立
指的是指无论调用端是否采取了同步措施,都无法在多线程环境中并发使用的代码。如Thread的suspend()和resume()

二.实现线程安全的方法
1.互斥同步
互斥是因,同步是果;互斥是方法,同步是目的。
在Java中,最基本的互斥同步手段就是synchronized关键字,synchronized关键字经过编译之后,会在同步块的前后分别形成monitorenter和monitorexit这两个字节码指令,这两个字节码都需要一个reference类型的参数来指明要锁定和解锁的对象。
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问题。

2.非阻塞同步
互斥同步也叫阻塞同步。阻塞同步属于一种悲观的并发策略，在有可能出现并发问题的地方都要进行同步措施（如加锁）。非阻塞同步采用乐观的并发策略，通过冲突检测检查是否有竞争，有的进行补偿措施（如不断重试直到成功），因为他不用把线程挂起所以是非阻塞的。可是这就好了吗，要知道我们肯定要保证冲突检测和操作这两个操作的原子性啊，那怎么保证呢，肯定不能用互斥同步（这样的话还是变成会阻塞的），答案是必须要有硬件指令集的支持来保证原子性。
这类常用指令有：
测试并设置(Test-and-Set)。
获取并增加(Fetch-and-Increment)。
交换(Swap)。
比较并交换(Compare-and-Swap,下文称CAS)。
加载链接/条件存储(Load-Linked/Store-Conditional,下文称LL/SC)。

Java中的CAS操作由sun.misc.Unsafe类里面的compareAndSwapInt()和compareAndSwapLong()等几个方法包装提供,虚拟机在内部对这些方法做了特殊处理,即时编译出来的结果就是一条平台相关的处理器CAS指令,没有方法调用的过程,或者可以认为是无条件内联进去了。
由于Unsafe类不是提供给用户程序调用的类(Unsafe.getUnsafe()的代码中限制了只有启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)加载的Class才能访问它),因此,如果不采用反射手段,我们只能通过其他的JavaAPI来间接使用它,如J.U.C包里面的整数原子类,其中的compareAndSet()和getAndIncrement()等方法都使用了Unsafe类的CAS操作。

无同步方案
有些代码不涉及共享数据，当然就不需要同步了。

三.锁优化
1.自旋锁与自适应自旋
自旋就是获取锁失败的时候让线程忙循环，而不是阻塞，这可以提高响应速度以及避免线程切换的开销，但浪费CPU时间。
自适应自旋就是如果循环获取一定次数还没获取成功，就阻塞。
自旋锁在JDK中默认关闭，可使用用-XX:+UseSpinning开启

2.锁消除
锁消除是指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。锁消除的主要判定依据来源于逃逸分析的数据支持,如果判断在一段代码中,堆上的所有数据都不会逃逸出去从章已经讲解过逃逸分析技术),如果判断在一段代码中,堆上的所有数据都不会逃逸出去从而被其他线程访问到,那就可以把它们当做栈上数据对待,认为它们是线程私有的,同步加锁自然就无须进行。
3.锁粗化
防止过于频繁的加锁解锁操作

4.轻量级锁

在代码进入同步块的时候,如果此同步对象没有被锁定(锁标志位为“01”状态),虚拟机首先将在当前线程的栈帧中建立一个名为锁记录(Lock Record)的空间,用于存储锁对象目前的Mark Word的拷贝(官方叫Displaced Mark Word)。

5.偏向锁
偏向锁优化点加解锁在于连CAS操作都不用了