Java高效併發

一段時間沒有回顧多線程相關知識了，雖然工做中會用到一些多線程的內容，但都偏向於基礎，今天重讀多線程相關內容，發現有些東西仍是須要注意下。這些通常是面試高頻問題奧。

瞭解併發的內幕是一個高級程序員不可缺乏的課程

Java內存模型

注意，Java內存模型(JMM)和JVM運行時數據區不是同一個概念，還有一個概念是Java對象模型下次能夠單獨拿出來講。

• JMM都是圍繞着原子性，可見性，有序性來說的
• JMM定義了JVM如何與計算機的內存進行交互

線程對變量的全部操做都須要在工做內存中完成，不可直接操做主內存。

內存間的交互操做：
Lock,Unlock 主內存
Read,Write 主內存
Load,Store 工做內存的變量
Use,Assign 工做內存的變量

更多關於JMM的信息查看,多線程之Java內存模型

Volatile

Volatile能夠說是Java虛擬機內提供的最輕量級同步機制，其只保證，可見性與有序性，不保證原子性。

可見性：當一條線程修改了這個變量的值，新值對於其餘線程來講是能夠馬上得知的，另外兩個能夠實現可見性的關鍵字：Synchronized和final

有序性：若是再本線程內觀察，全部的操做都是有序的，若是再一個線程中觀察另一個線程，那麼全部的操做都是無序的。

Java與線程

併發不必定依賴多線程，如PHP中常見的多進程併發。Java的Thread類全部關鍵方法都是聲明爲Native的，因此Java並無本身實現線程。

實現線程的三種方式：使用內核線程實現，使用用戶線程實現，和使用用戶線程加更加輕量級進程實現。

1. 內核線程實現(KLT,Kernel-Level Thread)。程序通常不會直接使用內核線程，而是使用內核線程的一種高級接口，輕量級進程(LWP,Light Weight Process,LWP)，先有內核線程，纔能有輕量級進程。

缺點：各類線程操做，如建立，析構，及同步須要進行系統調用，而系統調用的代價比較高，須要在用戶態和內核態中來回切換。消耗內核資源，一個系統支持輕量級的進程數量是有限制的。

2. 用戶線程實現，廣義上說，一個線程只要不是內核線程，那就能夠任務是用戶線程。用戶線程徹底在用戶態完成，不用內核的幫助，能夠支持更大的線程數量。

缺點：沒有內核支持，各類操做都比較複雜。如今基本棄用了。

3. 用戶線程 + 輕量級進程，綜合二者的有點，用戶進程與輕量級進程數量比是不定的。

線程調度

協同式調度：好處是實現簡單，切換操做對線程本身是可知的，沒有線程同步的問題，線程把本身的事情幹完以後才進行線程切換。

缺點：若是程序編寫不穩定，那麼系統不可控制。一個進程堅持不讓出CPU執行實現，就會致使系統崩潰。

搶佔式調度(Java默認調度)：每一個線程由系統來分配執行和絃，線程的切換不禁線程來決定，當一個進程出現問題，系統能夠殺掉這個進程。

注意：並非線程的優先級越高，線程就必定會優先執行，只是說優先級高的線程更可能被選擇到。

Java線程狀態轉換

貼一張圖，好好記：

線程安全的實現方法

• 互斥同步，加鎖，悲觀方案，保證共享數據同一時刻只有一個線程訪問。，互斥是因，同步是果。
• 非阻塞同步，CAS，樂觀方案，先進行操做，若是沒有其餘線程也進行操做，那麼就操做成功了，若是有其它線程也在操做共享數據，那麼再重試。
• 無同步方案，通常爲純代碼，有一些特性，如不依賴堆上的公用系統資源

鎖優化

• 自旋鎖與自適應自旋
  假如共享數據只會持續很短的一段時間，爲了這段時間進行掛起和恢復線程並不值得，這時咱們可讓後面請求鎖的線程稍等一下，讓線程進行一個忙循環(自旋)，這就是所謂的自旋鎖。

由於們有時不值得共享數據到底被鎖了多久，盲目的自旋可能致使性能的損失，JDK1.6以後，系統引入了自適應的自旋，及在一次共享數據被鎖定時，加入系統屢次得到自旋鎖，系統能夠容許線程自旋的次數更多時間更久一些。若是屢次沒有得到自旋鎖，那麼系統下次可能會省略掉自旋鎖。

• 鎖消除
  對一些不可能存在共享數據競爭的鎖進行消除。

• 鎖粗化
  有時候多個操做都對同一個對象加鎖，頻繁的加鎖也會影響性能，那麼系統就把鎖的同步範圍進行擴展。如StringBuffer()的多個append操做。

• 偏向鎖
  能夠理解爲偏袒鎖，鎖會偏向於第一個得到它的線程，若是接下來的執行過程當中，該鎖沒有被其餘線程獲取，則持有偏向鎖的線程將永遠不在須要進行同步。

最後

瞭解併發的內幕是一個高級程序員不可缺乏的課程

參考

• 《深刻理解JVM》