Java高效并发

Posted 2020-11-21

一段时间没有回顾多线程相关知识了，虽然工作中会用到一些多线程的内容，但都偏向于基础，今天重读多线程相关内容，发现有些东西还是需要注意下。这些一般是面试高频问题奥。

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Java内存模型

注意，Java内存模型(JMM)和JVM运行时数据区不是同一个概念，还有一个概念是Java对象模型下次可以单独拿出来说。

• JMM都是围绕着原子性，可见性，有序性来讲的
• JMM定义了JVM如何与计算机的内存进行交互

线程对变量的所有操作都需要在工作内存中完成，不可直接操作主内存。

内存间的交互操作：
Lock,Unlock 主内存
Read,Write 主内存
Load,Store 工作内存的变量
Use,Assign 工作内存的变量

更多关于JMM的信息查看,多线程之Java内存模型

Volatile

Volatile可以说是Java虚拟机内提供的最轻量级同步机制，其只保证，可见性与有序性，不保证原子性。

可见性：当一条线程修改了这个变量的值，新值对于其他线程来说是可以立刻得知的，另外两个可以实现可见性的关键字：Synchronized和final

有序性：如果再本线程内观察，所有的操作都是有序的，如果再一个线程中观察另外一个线程，那么所有的操作都是无序的。

Java与线程

并发不一定依赖多线程，如php中常见的多进程并发。Java的Thread类所有关键方法都是声明为Native的，所以Java并没有自己实现线程。

实现线程的三种方式：使用内核线程实现，使用用户线程实现，和使用用户线程加更加轻量级进程实现。

1. 内核线程实现(KLT,Kernel-Level Thread)。程序一般不会直接使用内核线程，而是使用内核线程的一种高级接口，轻量级进程(LWP,Light Weight Process,LWP)，先有内核线程，才能有轻量级进程。

缺点：各种线程操作，如创建，析构，及同步需要进行系统调用，而系统调用的代价比较高，需要在用户态和内核态中来回切换。消耗内核资源，一个系统支持轻量级的进程数量是有限制的。

2. 用户线程实现，广义上说，一个线程只要不是内核线程，那就可以任务是用户线程。用户线程完全在用户态完成，不用内核的帮助，可以支持更大的线程数量。

缺点：没有内核支持，各种操作都比较复杂。现在基本弃用了。

3. 用户线程 + 轻量级进程，综合两者的有点，用户进程与轻量级进程数量比是不定的。

线程调度

协同式调度：好处是实现简单，切换操作对线程自己是可知的，没有线程同步的问题，线程把自己的事情干完之后才进行线程切换。

缺点：如果程序编写不稳定，那么系统不可控制。一个进程坚持不让出CPU执行实现，就会导致系统崩溃。

抢占式调度(Java默认调度)：每个线程由系统来分配执行和弦，线程的切换不由线程来决定，当一个进程出现问题，系统可以杀掉这个进程。

注意：并不是线程的优先级越高，线程就一定会优先执行，只是说优先级高的线程更可能被选择到。

Java线程状态转换

贴一张图，好好记：

线程安全的实现方法

• 互斥同步，加锁，悲观方案，保证共享数据同一时刻只有一个线程访问。，互斥是因，同步是果。
• 非阻塞同步，CAS，乐观方案，先进行操作，如果没有其他线程也进行操作，那么就操作成功了，如果有其它线程也在操作共享数据，那么再重试。
• 无同步方案，一般为纯代码，有一些特性，如不依赖堆上的公用系统资源

锁优化

• 自旋锁与自适应自旋
  假如共享数据只会持续很短的一段时间，为了这段时间进行挂起和恢复线程并不值得，这时我们可以让后面请求锁的线程稍等一下，让线程进行一个忙循环(自旋)，这就是所谓的自旋锁。

因为们有时不值得共享数据到底被锁了多久，盲目的自旋可能导致性能的损失，JDK1.6之后，系统引入了自适应的自旋，及在一次共享数据被锁定时，加入系统多次获得自旋锁，系统可以允许线程自旋的次数更多时间更久一些。如果多次没有获得自旋锁，那么系统下次可能会省略掉自旋锁。

• 锁消除
  对一些不可能存在共享数据竞争的锁进行消除。

• 锁粗化
  有时候多个操作都对同一个对象加锁，频繁的加锁也会影响性能，那么系统就把锁的同步范围进行扩展。如StringBuffer()的多个append操作。

• 偏向锁
  可以理解为偏袒锁，锁会偏向于第一个获得它的线程，如果接下来的执行过程中，该锁没有被其他线程获取，则持有偏向锁的线程将永远不在需要进行同步。

最后

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参考

• 《深入理解JVM》