高效并发（二）

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并发基本知识总结（二）

前言

       在学习完虚拟机之后，我们了解了java的内存模型、实现线程安全的方法和jvm的一些锁优化机制，我们现在就把方向在往线程的基本操作，到concurrent包里面的线程安全类、原子类和一些lock的实现类。了解整个java并发基础。

传统方式

产生线程的方法

  1. 继承thread，重写run方法
  2. thread+runnable
  3. callable+future（新型）

控制线程

  1. join
  2. sleep
  3. yield
  4. 修改优先级

传统线程里面的通信

  1. notify
  2. notifyAll
  3. wait

并发必要知识

       由第一节我们知道了jvm的内存模型的特点：原子性、可见性、有序性。其中多个过程之间内存可见性的顺序可能不一致，比如下面的程序例子。

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public class Test1 {
    private int a=1, b=2;
 
    public void foo(){  // 线程1 
        a=3;
        b=4;
    }
 
    public int getA(){ // 线程2
        return a;
    }    
    public int getB(){ // 线程2
        return b;
    }
}
//可能出现的结果
A：a=1, b=2  // 都未改变
B：a=3, b=4  // 都改变了
C：a=3, b=2  //  a改变了，b未改变
D：a=1, b=4  //  b改变了，a未改变

造成这个的原因有下面两个：



1. Java编译器的重排序(Reording)操作有可能导致执行顺序和代码顺序不一致


2. 从线程工作内存写回主存时顺序无法保证。



       正因为上面的那些问题，JMM中一个重要问题就是：如何让多线程之间，对象的状态对于各线程的“可视性”是顺序一致的。它的解决方式就是 Happens-before 规则：
JMM为所有程序内部动作定义了一个偏序关系，叫做happens-before。要想保证执行动作B的线程看到动作A的结果（无论A和B是否发生在同一个线程中），A和B之间就必须满足happens-before关系。



       我们重点关注的是②，③，这两条也是我们通常编程中常用的。也就是加锁（包括新的lock类和synchronized）和volatile（语义增强了），当然也有不变类（final）和atomic原子类。

监视器

       早期Java中的锁只有最基本的synchronized，它是一种互斥的实现方式。在Java5之后，增加了一些其它锁，比如ReentrantLock，它基本作用和synchronized相似，但提供了更多的操作方式，比如在获取锁时不必像synchronized那样只是傻等，可以设置定时，轮询，或者中断，这些方法使得它在获取多个锁的情况可以避免死锁操作。

       而我们需要了解的是ReentrantLock的性能相对synchronized来说有很大的提高。（不过据说Java6后对synchronized进行了优化，两者已经接近了。）在ConcurrentHashMap中，每个hash区间使用的锁正是ReentrantLock。

增强的volatile语义

       Volatile可以看做一种轻量级的锁，但又和锁有些不同。

  1. 它对于多线程，不是一种互斥（mutex）关系。
  2. 用volatile修饰的变量，不能保证该变量状态的改变对于其他线程来说是一种“原子化操作”。

       在Java5之前，JMM对Volatile的定义是：保证读写volatile都直接发生在main memory中，线程的working memory不进行缓存。它只承诺了读和写过程的可见性，并没有对Reording做限制，所以旧的Volatile并不太可靠。在Java5之后，JMM对volatile的语义进行了增强。就是我们看到的③ volatile变量法则。对volatile域的写入操作先行于每一个后续的读写操作。

       所以，在使用Volatile时，需要注意：首先，需不需要互斥；其次，对象状态的改变是不是原子化的。它可以简化实现或者同步策略，确保引用对象的可见性，比如标志生命周期的事件：开始或者关闭。

       脆弱的使用条件：

  1. 写入变量不依赖变量的当前值，或者能够保证只有单一的线程修改变量的值。
  2. 变量不需要和其他变量共同参与不变约束。
  3. 访问变量时不需要其他原因加锁。

    不变模式（immutable）

           多线程安全里最简单的一种保障方式。因为你拿他没有办法，想改变它也没有机会。不变模式主要通过final关键字来限定的。在JMM中final关键字还有特殊的语义。Final域使得确保初始化安全性（initialization safety）成为可能，初始化安全性让不可变形对象不需要同步就能自由地被访问和共享。

原子类

       如果操作都是原子操作，那就实现线程安全了。

基本知识

       四种进程或线程同步互斥的控制方法：

  1. 临界区:通过对多线程的串行化来访问公共资源或一段代码，速度快，适合控制数据访问。

  2. 互斥量:为协调共同对一个共享资源的单独访问而设计的。

  3. 信号量:为控制一个具有有限数量用户资源而设计。

  4. 事件:用来通知线程有一些事件已发生，从而启动后继任务的开始。

说明

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