Java并发II

Java并发

J.U.C图

一.线程的安全性

当多个线程访问某个类的时候，不管运行环境采用何种方式调度或者这些线程如何交替执行，并且在主调代码中不需要任何额外的同步或者协同，这个类都可以表现出正确的行为，那么这个类就是线程安全的

无状态和竞态条件

无状态:不包含任何域，也不包含任何对其他对象中域的引用

竞态条件(Race Condition):并发编程中，不恰当的执行时序而出现不正确的结果

保证线程安全

• 复合操作原子性， "先检查，后执行"的延迟初始化；"读取-修改-写入"操作必须是原子的

• 加锁机制

内置锁,重入

内置锁:synchronized同步代码块,每个java对象都可以用作一个作为同步的锁

内置锁 (Intrinsic Lock) 也叫监视器锁(Monitor Lock)

重入: 内置锁可重入，当某个线程试图获得一个已经由它自己持有的锁，请求会成功

重入多用于在子类继承线程同步的情况，子类改写父类的synchronized方法，在子类中的super方法调用父类的方法。如果锁不能重入的话，子类已经拥有锁，无法访问父类方法，并陷入死锁状态

死锁

死锁现象的描述:

线程A拥有L锁，并想获得R锁的同时，线程B拥有R锁，并想获得L锁,这样的情况称为死锁

死锁的条件:

• 1，互斥条件，任务使用的资源中至少有一个是不能共享的
• 2.至少有一个任务必须持有一个资源，且等待的资源是另一个任务所持有的资源
• 3.资源不能被任务抢占，任务把资源当做普通事件
• 4.必须有循环等待

JMM

jmm的原子操作

内存间的交互操作

read: 将一个变量从主内存传输到工作内存

load: 将read的值放入工作内存的变量副本

use: 将工作内存的一个变量值传递给执行引擎

assign:把一个执行引擎接受到的值赋值工作内存的变量

store: 把工作内存变量值传递到主内存

read: 把store的得到的值放到主内存变量中

lock: 作用于主内存变量

unlock:

二.对象的共享

内存模型三大特性

可见性

原子性

有序性

可见性

可见性描述:

一个线程修改了共享变量的值，其他线程能立即得知这个修改;

从java内存模型来说，变量修改后将新值同步会主内存，并在变量读取之前从主内存刷新变量值

实现可见性

1.Volatile变量

主要作用:

确保将变量更新操作通知到其他线程

java默认提供的弱同步机制,但是没有提供锁机制

写入volatile变量相当于退出同步代码块

读取volatile变量相当于进入同步代码块

加锁机制保证(可见性，原子性)

volatile (可见性)

语义:

• java存储模型，不会对volatile执行进行重排序，保证volatile变量操作按照指令的顺序出现
• volatile 并不保证线程安全，volatile字段不是原子性，想保证线程安全只有加锁
• volatile 确保可见性 increment的自增操作

原子操作

锁机制问题

多线程竞争条件下，加锁、释放锁都会导致较多的上下文切换，调度延时，性能问题

一个线程持有锁，会导致其他线程挂起

独占锁

独占锁使一种悲观锁，synchronized 就是独占锁

乐观锁

乐观锁, 每次不加锁，假设没有冲突而去完成某项操作，因为冲突失败就重试，直到成功

乐观锁机制基于 CAS(compare and swap) 来实现

整个J.U.C 都是建立在CAS之上

不变性

不可变对象Immutable一定是线程安全的

• final
• String,枚举类型
• 集合，可以使用Collections.unmodifiableMap() 函数进行实现

显示锁

为什么创建一个和内置锁机制非常相似的新的加锁机制?

大多数情况下，内置锁可以很好的完成任务

内置锁在功能上存在一些局限

• 无法中断一个正在等待获取锁的线程
• 无法在请求获取一个锁时无限的等待下去
• 无法实现非阻塞结构的加锁机制

AQS

AbstractQueuedSynchronizer

抽象队列同步器，基本思想是一个同步器

获取锁:判断当前状态是否允许获取锁，是- 获取锁；否- 对于独占锁(阻塞)，失败(共享锁)，阻塞队列(阻塞线程)

释放锁:修改状态位，如果有线程因为状态位阻塞的话，就唤醒队列中一个或者更多的线程

ReentrantLock

获取锁

• 该锁没有被其他线程保持，获取锁并立即返回，将锁的保持计数设置为1
• 当前线程已经保持该锁，保持计数+1，该方法立即返回
• 该锁被另一个线程保持，禁用当前线程，获得锁之前，一直处于休眠状态

ReentrantLock是可重入锁

公平锁: 获取一个锁是按照请求顺序得到的

Condition

条件变量用来解决 Object wait()/notify()/notifyAll()的难以使用

释放锁

await()，挂起线程，一旦条件满足被唤醒，再次获取锁

Latch 闭锁

CountDownLatch

闭锁的一种实现，这个闭锁的状态是一次性的

CountDown() 实现自减

CyclicBarrier

循环屏障，计数器可以使用reset()来重置

await() 来完成自减

Seamphore

信号量是一个计数信号量

计数器不为0的时候，对线程放行

计数器位0的时候，请求资源的新线程都会被阻塞，包括增加到请求许可的线程，seamphore是不可重入的

请求一个许可，计数器减1

释放一个请求，计数器加1

是实现线程池，请求池的完美结构

ReentrantReadWriteLock

ReentrantLock实现标准的互斥，一次只有一个线程持有锁(独占锁)

ReentrantReadWriteLock

• 读取锁上，操作使用共享的获取、释放方法
• 写入锁上，操作使用独占的获取、释放方法

ReadWriteLock 是一个interface接口

多线程开发的良好实践

• 1.线程名称的命名有意义和区分度
• 2.缩小同步范围，减少锁争用(能用同步块就不用同步方法)
• 3.多用同步工具(CountDownLatch,CycliBarrier,Semaphore,Exchanger);少用wait(),notify(),很难实现复杂控制流
• 4.使用BlockingQueue，用来实现生产者、消费者问题
• 5.多用并发集合(ConcurrentHashMap),少用同步集合(HashTable)
• 6.使用本地变量和不可变量来实现线程安全
• 7.使用线程池而不是直接创建线程，线程的创建代价很高

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