《深入理解Java虚拟机》读书笔记---Java内存模型与线程

12.1概述

计算机CPU的运算速度远大于通信子系统的速度，计算机同时做多件事情。

12.2 硬件效率&一致性

处理器私有高速缓存，共享主内存，存储设备的速度远小于处理器运算速度，因而需要缓存。缓存数据读取自主内存中，缓存–主内存===数据一致性。

12.3.1主内存&工作内存

Java 内存模型主要目标是定义程序中各个变量的访问规则。变量包含 —实例字段、静态字段、构成数组对象的元素，单不包含局部变量、方法参数。前者是数据存储在堆中，后再存储在栈中，栈属于线程私有数据。

线程有自己的工作内存，工作内存中的变量来自主内存。线程间变量的传递需要通过主内存来完成。
工作内存 <=> 主内存 <=>工作内存
线程通过load & save 来与主内存交互

12.3.2内存交互操作

• JVM有8种原子性内存交互操作
• lock:作用主内存，线程独占状态。
• unlock:作用主内存,变量被释放。
• read:作用主内存,从主内存传输到工作内存
• load:作用工作内存变量，从主内存读到的变量值放入工作内存变量副本中。
• use:作用工作内存变量,把工作内存变量的值传递给执行引擎。
• assign:作用工作内存变量,把执行引擎的值赋值给工作内存的变量
• store:工作内存的变量值传递到主内存。
• write;把store操作中得到的值放入到主内存的变量中。
  read->load;store->write 顺序执行，但非连续执行。
  工作内存中的assign会同步到主内存。同一个变量可以被单个线程多次Lock,同时要进行相应次数的unlock.

等效判断原则----先行发生原则。

12.3.3 volatile关键字

volatile变量

1. 对所有线程可见，修改后的值对于其他线程是立即可知的。
2. volatile变量所有写操作都能立即反应到其它线程。
3. volatile禁止指令重排序
   Java运算并非原子操作

2019.5.18 星期六

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12.3.5原子，可见，有序

java内存模型保证原子性操作–read,load, assign,use,store,write.

可见性：一个线程修改了共享变量，其他线程能够立即得知–通过主内存媒介来交换。volatile的特殊之处在于新值能立即同步到主内存，每次使用前立即从主内存中刷新。java 还有synchronized,final两个关键字能保证变量可见性。

有序性:线程内表现为串行执行，指令重排序，工作内存与主内存同步延迟。在本线程内观察，所有操作都是有序的；在一个线程中观察另一个线程，所有操作都是无序的。

先行发生原则

前操作的影响能被后操作观察到。

• 程序次序规则
• 管程锁定规则
• volatile变量规则：写操作先行发生于读操作
• 线程启动规则：start方法先行发生于此线程每个操作。
• 线程终止原则
• 线程中断规则
• 对象终结规则：finalize()方法在构造方法后面执行。
• 传递性：A先于B，B先于C，那么A先于C

12.4 java与线程

并发不一定要依赖多线程。

12.4.1 线程实现

java语言跨平台，线程实现依赖平台实现。线程是比进程更轻量级的调度执行单位。线程引入，把一个进程的资源与执行调度分开。线程是cpu调度的基本单位。

1. 使用内核实现
   内核线程KLT,有操作系统内核支持的线程，内核完成线程的切换，操纵调度器对线程调度，线程任务映射到处理器。
   内核线程的高级接口–轻量级进程LWP即线程。
   系统调用代价相对较高。主要有如下问题：
   A.用户态&内核态来回切换
   B.轻量级进程消耗内核资源

2. 用户线程
   线程的建立、同步、销毁和调度完全在用户态中完成，不需要内核协助
   进程 ₁ ---- 用户线程 _n
   缺点：用户线程实现复杂。

3. UT + LWP混合实现
   使用内核的线程调度、处理器映射，UT调度通过轻量级进程来实现。

4. java线程实现
   java线程基于平台。linux系统中，一条java线程映射到一条轻量级线程。

12.4.2 JAVA线程调度

线程调度是指系统为线程分配处理器使用全的过程。协同式调度、抢占式调度。
抢占式：系统来分配执行时间。

12.4.3 线程状态转换

5种线程状态：

• 新建
• 运行
• 等待 无限期等待、限期等待。
• 阻塞
• 结束

13 线程安全与锁优化

13.2 线程安全

当多个线程访问一个对象时，如果不考虑这些线程在运行时环境下的调度和交替执行，也不需要进行额外的同步操作，或者在调用方进行任何其他的协调操作，调用这个对象的行为都可以获得正确的结果，那么这个对象是线程安全的。

对象的安全性：代码封装所有必要的正确性保障手段。

13.2.1 java语言中的线程安全

Java线程安全并非是一个非真即假的问题，它有5中类型：

1. 不可变，final 修饰，值不可变，枚举，Long,Double,BigInteger,BigDecimal.
2. 绝对线程安全，Vector，线程安全方法被synchronized修饰。
3. 相对线程安全，在调用端需要额外的同步手段
4. 线程兼容
5. 线程对立，无论调用端是否采用同步措施，都无法在多线程中并发使用的代码。例如Thread suspend和resume方法。

13.2.2 线程安全实现方法

1. 互斥同步
   多个线程访问共享数据时，只有一个线程使用。临界区、互斥量、信号量。
   互斥是方法，同步是目的，同步不一定需要互斥。
   synchronized,重入锁ReentrantLock.
   可重入锁有3个特性：等待可中断，实现公平锁、锁可以绑定多个条件。
2. 非阻塞同步
   可重入代码；线程本地存储；消费队列架构模式；web交互模型(一个请求对应一个服务器线程)；线程数据独立。
   硬件指令集支持–比较交换：先进行运算，如果原值未发生改变，则此次操作成功。这个是一个原子操作。
3. 无同步方案
   可重入代码，数据都不共享。ThreadLocal

13.3 锁优化

13.3.1 自旋锁&自适应自旋

基于一个现象：共享数据的锁定状态只会持续很短的时间。JVM已经默认开启。
自适应锁，自适应自旋时间不固定，由JVM来决定。

13.3.2 锁消除

对不可能存在共享数据竞争的锁进行消除。

13.3.3 锁粗化

是为了解决反复枷锁、解锁操作。

13.3.4 轻量级锁

在没有多线程竞争的前提下，减少传统锁的使用

偏向锁

把整个同步都消除掉