深入理解Java虚拟机，学习笔记（七）线程安全与锁优化

线程安全定义

当一个对象被多线程调用的时候，不用在乎线程之间的交替执行，也不需要额外的同步操作，同时也不需要调用方协调操作，得到的结果都是正确的，那么可以说这个对象是线程安全的。

java语言中的线程安全

不可变

被final 修饰的字段，如果没有初始值，那么必须在构造器阶段对他进行赋值。且之后的程序运行将无法改变final字段值，属于线程安全。
例如：java.lang.Integer 里面的value字段

绝对线程安全

绝对的线程安全，是那种 任何方法都需要同步操作封装好，调用者不需要任何的同步操作。

相对线程安全

类似Vector、HashTable。绝大多数是线程安全的，但是在有些情况下会表现出线程不安全。
例如：两个线程，一个线程在对Vector进行删除操作，另一个线程对Vector进行循环查询操作。
这里很有可能会抛出异常，因为查询操作可能会反问到无效的下标。

线程兼容

指对象本身并不安全，但是可以通过同步操作使其线程安全。例如HashTable。

线程独立

不管是否采取了同步措施，都不能在并发的情况下使用。

同步实现的方

1.使用synchronized关键字，被包围的代码段，编译后，会在代码段前后加上monitorenter、monitorexit 指令。
2.使用juc包内的ReentrantLock，显示加锁，并在finally里面添加解锁。
ReentrantLock的好处：
1.等待可中断，（长时间的等待，会考虑直接中断去干别的事情。）
2.公平锁：可以按各线程申请锁的时间来分配锁。
3.可以指定多个条件。

悲观锁和乐观锁

悲观锁就是如synchronized关键字，如果没有申请的到锁就会进入阻塞状态将线程挂起。
乐观锁会使用CAS（compare and swap），会得到现有值，预期旧值，预期新值。如果预期旧值和现有值不想等则放弃本次设置。循环设置，直到成功。
CAS （仅仅是一个指令）需要硬件指令的支持，在UnSafe 类里面可以找到 cas的方法。

锁优化

自旋锁与自适应自旋

为什么需要自旋锁？在没有自旋锁的时候，线程没有申请到锁，会直接阻塞，等待唤醒的信号。
但是这唤醒的过程可能涉及到了操作系统内核态的操作。对性能的损耗非常大。因此引入了自选锁的概念，就是没有申请到锁，会进行空自旋。这种自旋锁适合短时间的自旋，如果是长时间的自选会对资源造成不必要的浪费。
之后演变成了自适应自旋，他会根据之前获取锁的时间和锁的拥有者的状态来判断。如果都是短时间就获取了锁，则下一次也是会进行自旋，如果上几次监控的结果是需要较长时间才能获取锁，则会直接进行挂起，不浪费资源。

锁消除

会对没有必要的锁进行消除。

锁粗化

如果检测到有很多一小段是获取同一个锁的，就会将锁粗化到一个锁包含这些一小段的代码。

轻量级锁

轻量级锁本意是针对没有过多线程竞争的情况下，刚开始获取锁会使用CAS的方式进行加锁，如果成功了则会设置 mark word 里面的锁标志为00，反之则会设置为10，mark word中记录的就是重量级锁的地址。解锁同样是根据cas方式来解锁，如果解锁成功就成功了，如果失败则证明有其他线程在竞争锁，则会在解锁的同时，唤醒被挂起的线程。

偏向锁

偏向锁则是期望无竞争发生，没有发生竞争则不会进行锁设置，很大可能优化性能。
如果遇到锁，则会进行膨胀，轻量级再到重量级。