简述JVM基础（八）：线程安全和锁优化

作者 | 井方哥

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前言

我们通过前面的学习，已经知道了工作内存和主内存的8大原子操作，以及Java线程的实现方式，和状态关系。我们清楚：

• 高效并发首先要保证并发的准备性，而后才是高效。

本篇还解答了如下问题：

• 什么是线程安全？

• 实现线程安全有哪些方法？

• 锁优化有哪些方案？

线程安全

1、定义

多个线程访问一个对象时，如果不用考虑这些线程在运行时环境下的调度和交替，也不需要额外的同步，或者调用方进行其他的协同操作，调用这个方法的行为最终都能够获得正确的结果，那这个对象是线程安全的。

2、Java中线程安全分类

• 不可变：

• • final（未发生this逃逸）

  • java.lang.String:进行subString()、replace()、concat（）不会影响原来的值，而是构建出新的一个不可变的值并返回；

• 绝对线程安全：不管运行环境如何，调用者都不需要进行额外的同步措施，线程安全不一定就是真的安全；

• 相对线程安全：不需要做额外的同步，但是特定的连续调用顺序的情况下需要同步处理，才能保证调用的结果准确，如Vector\HashTable\Collections的synchronizedCollection()方法包装的集合等；

• 线程兼容：本身不安全，通过同步处理能够达到安全的效果；Arraylist和HashMap等；

• 线程对立：无论采取什么同步措施，都不能达到安全效果。如Theard类的supspend()和resume()这两个已被放弃的方法；

线程安全实现方法

1、互斥同步

• 原则：保证共享数据在同一时刻只能被一个线程访问

• 互斥是方法，同步时目的

• synchronized:对于同一条线程来说是可重入的，不会出现把自己锁死的情况

• java.util.concurrent:重入锁ReentrantLock

• • 等待可中断：持锁线程一直没有释放，等待的线程可以放弃等待

  • 公平锁：多个线程等待同一个锁时，必须按照申请锁的时间顺序来依次获得锁

  • 绑定多个条件：ReentrantLock 调用多次newCondition,绑定多个Condition对象可以实现

• 优先考虑synchronized,性能差不多。

2、非阻塞同步

• 原则：不把线程挂起，有错误采取补偿措施；

3、无同步

• 保证线程安全，不一定要同步；

• 天生线程安全的代码：

• • 可重入代码：如果一个方法，他的计算结果是可以预测的

  • 线程本地存储：java.lang.ThreadLocal

锁优化

1、自旋锁和自适应自旋

• 自旋锁：让线程执行一个忙循环（实际让他瞎忙活一会）

• 自适应自旋：自旋时间有上一次同一个锁自旋时间和锁的拥有者状态来决定

2、锁消除

虚拟机即时编译时发现有些声明了锁，但是实际上没有用的锁（不存在共享数据竞争），直接进行消除

3、锁粗化

本来是锁的范围越小越好，但是对于里面有反复加锁解锁的情况，那就把范围扩大。

4、轻量级锁

• 目的：没有多线程竞争的前提下，减少传统的重量级锁使用操作系统互斥量产生的性能消耗

5、偏向锁

• 锁会偏向于第一个获得它的线程

• 当有另外的线程尝试获取时，偏向模式宣告结束

小结

线程安全是说在没有额外或者协同的同步处理的情况下，多线程操作共享数据，依然可以得到准备的结果。Java开发中主要通过互斥同步的方案来达到线程安全的目的，其中用到的Synchronized和ReentrantLock。还有记住ThreadLocal可以给线程存储私有的信息。我们在进行同步的时候是通过锁 来保证的，对于有些没有必要的锁，我们通过一些手段进行优化，进来减少锁带来的性能开销。

说明： 本系列多处摘抄《深入理解Java虚拟机》中内容，主要精简了本书的要点，并叙述自己对本书的理解。本人才疏学浅，文章中有不对的地方，还望批评指教。

本系列

简述JVM基础（七）: Java 内存模型与线程

简述JVM基础（六）：虚拟机字节码执行引擎

简述JVM基础（五）：虚拟机类加载机制

简述 JVM 基础（四）：类结构文件

Android 精进：简述 JVM 基础（三）：垃圾收集器与内存分配策略

Android 精进之简述 JVM 基础（二）：Java内存区域与内存溢出异常

Android 进阶之简述 JVM 基础（一）：走进Java