《Java併發編程的藝術》之synchronized及JUC

synchrnoized的happens-before

int a;
boolean flag;
public synchronized void init(){// ①
    a = 100; // ②
    flag = true; // ③
}// ④
public synchronized void doTask(){ // ⑤
    if(flag){ // ⑥
        int result = a; // ⑦
    }
} // ⑧

假設線程A執行init()，線程B執行doTask()，有以下的happens-before關係：

• 根據程序次序規則：
  • ① hb ②
  • ② hb ③
  • ③ hb ④
  • ⑤ hb ⑥
  • ⑥ hb ⑦
  • ⑦ hb ⑧
• 根據監視器規則：
  • ① hb ④
  • ④ hb ⑤
  • ⑤ hb ⑧

根據傳遞規則，保證init()方法全部的修改對doTask()方法可見，happens-before關係以下所示

一、2間的表示程序次序性規則，四、5間的表示監視器規則，因爲三、4有happens-before關係，四、5有happens-before關係，因此根據傳遞性規則，二、6間有happens-before關係。

線程A釋放鎖以前全部可見的共享變量，在線程B獲取同個鎖以後就變得可見了。

synchrnoized的內存語義

synchrnoized獲取鎖內存語義

當釋放鎖時，JMM會把線程對應的本地內存中的共享變量刷新到主內存。以上面的例子爲例，共享數據的狀態示意圖以下所示

synchrnoized釋放鎖內存語義

當A線程獲取到鎖時，JMM會把該線程對應的本地內存置爲無效。從而使得被監視器保護的臨界區代碼必須從主內存中讀取共享變量。

語義總結

對比鎖釋放-獲取的內存語義和volatile的寫-讀內存語義能夠看出：鎖釋放與volatile寫有相同的內存語義；鎖獲取和volatile讀有相同的內存語義。

• 線程A釋放一個鎖，實質上是告訴其餘 要獲取該共享變量 線程 一個消息（線程A所作的修改）
• 線程B獲取一個鎖，實質上是接受到其餘線程發出的消息（釋放這個鎖的線程對共享變量所作的修改）
• 線程A釋放，隨後線程B獲取，實質上是線程A經過主內存給線程B發送消息。

這裏判斷語義是否相同是經過兩個操做的流程是否相同，好比線程A的鎖釋放完時，刷新至主內存；volatile寫完後，刷新至主內存，並通知其餘線程本地內存的共享變量失效（在鎖釋放環節裏是交給鎖獲取執行）；

CAS和JUC

synchronized是經過控制對象頭來控制鎖的升級，可是具體獲取鎖和釋放鎖的流程藏在JVM裏，這裏將經過ReentrantLock類比synchronized過程。

ReentrantLock的實現流程

這裏要學習的是CAS，JDK文檔對該方法的說明以下：若是當前狀態值等於預期值，則以原子方式將同步設置爲給定的更新值。此操做具備volatile讀和寫的語義。
前面講到volatile寫保證volatile寫不會和前面的操做發生重排序，volatile讀保證volatile讀不會和後面的操做發生重排序。組合這兩個條件就意味着同時實現了 禁止某一操做和操做前、操做後的重排序。CAS操做就是如此，它在是經過加上lock前綴來實現如下的功能：

• 使用緩存鎖定保證原子性
• 禁止以前和以後的重排序
• 把寫緩衝區中的全部數據刷新到內存

正是由於CAS同時具備volatile讀和寫的內存語義，所以Java線程之間的通訊有下面四種方式。

1. A線程寫volatile變量，B線程讀這個volatile變量
2. A線程寫volatile變量，B線程用CAS修改volatile變量
3. A線程用CAS修改volatile變量，B線程用CAS修改這個變量
4. A線程用CAS修改volatile變量，B線程用volatile讀取該變量

JUC包的通用化的實現模式：

• 聲明共享變量爲volatile
• 使用CAS的原子條件來實現線程間的同步
• 配合volatile讀/寫和CAS 來實習線程間的通訊

AQS，非阻塞數據結構和原子變量類，這些JUC包中的基礎都是使用上面的模式來實現的，而JUC包的高層類又是依賴這些基礎類來實現的。從總體看，JUC包的實現示意圖以下所示。