JVM高级特性与最佳实战（六）————线程安全与锁优化

引言

今天是我学习《深入理解java虚拟机》最后一天了，我希望能把最后一章讲解的清晰。根据我的开发经验讲出自己的解释，给大家一个直观的理解。学完这个以后，下一步我打算把设计模式学完。《head first 设计模式》中我选了5篇设计模式，不再多学了，设计模式学那么多也没有，关键是练练思维。

线程安全

• 线程安全的实现方法
  （1）互斥同步，也叫阻塞同步，是一种悲观的并发策略。 互斥是实现同步的一种手段，互斥是方法，同步是目的。常用的互斥手段有：临界区（critical section），互斥量（mutex），信号量（semaphore）。同时还有基本的syncronnized 和JUC的ReentrantLock。这一块我会在Java高并发程序设计着重讲解，请大家去看另外的板块内容。
  （2）非阻塞同步，是一种基于冲突检测的乐观并发策略。 主要的思想是：先进行操作，如果没有其他线程争用共享数据，那操作就成功了；如果共享数据有争用，产生了冲突，那就采取其他的补偿措施，比如一直retry，直到成功为止。常用的方式有CAS操作（比较并交换）。
  那么什么是CAS呢？
  CAS指令通常需要有三个操作数，分别是内存位置V，旧的预期值A，新值B。指令执行时，当且仅当V符合旧的预期值A时，才能更新为新值B，否则不更新。无论是否更新了V的值，都会返回V的旧值。
  但是CAS有一个ABA的问题，就是在赋值的过程中，检查他仍为A，就代表他没有被改过么？如果在这段期间他的值曾经被改为B又被改为A，实际上数据曾经发生过变化。但是仍然赋值成功了。JUC提供了一个AtomicStampedReference通过控制版本来保证CAS的正确性。不过目前这个问题比较鸡肋，数据就算发生变化，对最终数据没有影响。
  （3）无同步方案，要保证线程安全，不是一定要进行同步，两者没有必然因果关系。同步只是保证共享数据争用时的正确性的手段。
  a 纯代码，不依赖存储在堆上的数据和公共的系统资源，用到的状态量都由参数传入，不调用非可重入方法。
  b 线程本地存储，如果一个变量要被某个线程独享，可以用threadlocal来实现线程本地存储的功能。
• 锁优化
  （1）自旋锁（自适应锁）：
  共享数据的锁定状态只会持续很短的时间，这时候去挂起和等待线程并不值得，这时候只需要让另外一个线程进行忙循环，这就是自旋锁。jdk1.4中就已经有了这个锁，但是直到jdk1.6才默认开启，并且引入了自适应自旋锁，意味着自旋的时间不再固定了，而是由前一次在同一个锁上的自旋时间及锁的持有者的状态决定。
  （2）锁消除
  锁消除是指虚拟机即时编译时，对一些代码上要求同步，但是被虚拟机检测到不可能存在数据共享进行的锁消除。你比如在一段纯代码上加锁，很有可能被虚拟机进行锁的消除操作。 且锁消除的主要判定依据是逃逸分析的数据支持。
  （3）锁粗化
  如果一系列的连续操作，都要对同一个对象反复加锁，虚拟机将会把加锁的同步范围扩大到整个操作序列的外部。几个连续的StringBuilder.append（）就会被粗化到外部。这样只需要加一次锁就够了。
  （4）轻量级锁
  这个必须讲一下虚拟机的对象头组成，第一部分存储对象自身的运行时数据，叫做Markword。另一部分用于存储指向方法区对象类型数据的指针。
  轻量级锁通常会做一下4个步骤：
  a.在栈中分配一块空间用来做一份对象头部mark word的拷贝，在mark word中将对象锁的二进制位设置为“未锁定”(在32位的JVM中通常有2位用于存储锁标记，未锁定的标记为01)，这个动作是方便等到释放锁的时候将这份数据拷贝到对象头部。
  b. 通过CAS尝试将头部的二进制位修改为“线程私有栈中对mark区域拷贝存放的地址”，如果成功，则会将最后2位设置为00，代表已经被轻量级锁锁住了。
  c. 如果没有成功，则判定对象头部是否已经指向了当前线程所在的栈当中，如果成立则代表当前线程已经持有锁，可以继续执行。
  d. 如果没有持有，则说明有多个线程在争用，那么此时会将锁升级为悲观锁，线程进入BLOCKED状态。
  （5）偏向锁
  其核心的思想是，如果程序没有竞争，则取消之前已经取得锁的线程同步操作。也就是说，若某一锁被线程获取后，便进入偏向模式，当线程再次请求这个锁时，就无需再进行相关的同步操作了，从而节约了操作时间。 如果在此之间有其他的线程进行了锁请求，则锁退出偏向模式。在JVM中使用-XX:+UseBiasedLocking，偏向锁在锁竞争激烈的场合没有太强的优化效果，因为大量的竞争会导致持有锁的线程不停地切换，锁也很难保持在偏向模式，此时，使用偏向锁不仅得不到性能的优化，反而有可能降低系统的性能，因此，在激烈竞争的场合，可以尝试使用-XX:-UseBiastedLocking参数禁用偏向锁。

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作者：select you from me
来源：CSDN
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