多线程安全和锁优化概述

Posted 2022-12-05 fesng

什么是线程安全？

通俗的说就是对象本身完成了同步优化，保证外部随意调用的不用在考虑同步，互斥，调配等问题

线程安全的5个等级

1.不可变。
基本类型是用final修饰，对于对象指的是行为不会改变内部状态。比如String类的操作都是返回一个新的String。还有Integer等类，内部变量都是final的。

2.绝对的线程安全

定义是：不管任何条件，调用者都不用做额外的同步措施。

实际是很难达到的。Vecter类，对于内部的add（），remove等方法，都做了一些syc操作。但是也不是绝对的线程安全，比如初始化一个vecter，然后创建两个线程，一个线程做remove，另一个做print。就会出错。

3.相对的线程安全
vecter就算是了，我们经常说的线程安全，就是这个。

4.线程兼容

线程不安全的。但是可以通过外部的措施，保证线程安全。

5.线程对立

无论是否是否采取措施，都无法在多线程中使用。
比如Thread的suspend和resume方法，一个是中断，一个初始化，如果多线程调用就会可能死锁，目前已经逐渐废弃。

线程安全的方法

1.互斥

互斥最常用的方法，同布是目的和结果
synchronized对用monitorenter monitorexit两条字节码指令是系统级别的支持，最常用的。
还有一种API级别的ReentranLock可重入锁。
ReentranLock还有一些syn没有的特性，比如等待中断（等一会，就不等了，不会出现持续阻塞的情况），公平锁（根据时间排队），绑定对象。

互斥实现同步缺点：
频繁的进行线程状态切换，涉及用户态到内核态的切换调度，需要对锁计数，判断是否有线程需要唤醒等

2.非阻塞同步

本质就是把一些非原子操作变为原子操作。
支持的有5种：
测试并设置（test-and-set）
获取并增加（fetch-and-add）
交互（swap）
比较并交换（compare-and-swap）
加载链接/条件存储（Load-link/Store-condition）

最常用的就是由这些这些指令封装的一些类。比如atomicInteger等Atomic系列的类，比如atomicInteger的IncreateAndGet（）方法，实现增加，内部就调用了原子操作，compareA你的Set（旧值，新值）

3.无同步方案

线程安全不一定要同步，满足可重入性即可。

可重入代码：
任何时刻转移到其他代码，再回来程序不会出错。本质是无状态改变，任何输入的返回结果可预测。

锁优化

1.自旋锁和自适应自旋

本质就是遇到同步，先不阻塞，成本太高，就让处理器继续自旋状态，需要处理器的支持，缺点是自旋时间太长会影响处理器效率。
自适应自旋就是根据统计性能，自适应自旋的效果。

2.锁消除

本质是把不惜要的锁去掉。
比如字符串相加
String a1，a2，a3.
a1+ a2 +a3;
会变成StringBuilder.append(a1).append(a2).append(a3)
StringBuilder内部方法做了加锁互斥同步，有时候没必要，需要清除。

3.锁粗化

这个很好理解，如果锁太细粒度了，需要频繁的状态切换和调度。比如循环体里面加锁，干脆外部直接加一个大锁。

4.轻量级锁 和偏向锁

这两种锁本质都不是直接加锁。轻量级锁 本质是对于没有线程竞争的，标记为轻量级锁，遇到线程竞争再升级为经常的重量级锁，并在释放以后唤醒相应的线程。

偏向锁是什么也不做，偏向第一个使用对象的线程，当遇到其他线程来用的时候，再升级为重量锁。