并发

记录并发相关知识点

内存模型

Java线程-工作内存-内存操作-主内存

每个Java线程都有自己对应的工作内存，工作内存线程私有，必须通过主内存进行数据交换。

内存间交互操作

主内存和工作内存之间有具体的交互协议，实现从主内存到交互内存的拷贝和同步。有lock，unlock，read，load，use，assign，store，write。规定了一系列的访问规则。

volatile关键字

• 可见性：一个线程对volatile修饰的变量修改之后，立刻对其它线程可见。但是，有些运算可能并非原子的，不能保证并发安全。使用情况需要满足：
  • 运算结果并不依赖变量的当前值，或者能够确保只有单一线程能够修改变量的值。
  • 变量不需要与其它的状态共同参与不变性约束。
• 禁止语义重排
  • 相当于添加了内存屏障

内存模型特性

• 对于long和double类型需要注意JVM对64数据是否为原子的
• 原子性：synchronized关键字
• 可见性：volatile synchronized final关键字实现
• 有序性：volatile

happen-before原则

Java内存模型下有一些天然的先行发生关系：

• 程序次序规则
• 管程锁定规则
• volatile规则
• 线程启动规则
• 线程终止规则
• 线程中断规则
• 对象终结规则
• 传递性

Java线程实现

• 线程实现
  • 内核级线程
    • 一般通过轻量级进程包装内核线程，然后再使用
    • 轻量级进程和线程之间1:1
    • 由于需要在用户态和内核态之间切换，系统调用代价较高
  • 用户线程
    • 线程建立，同步，销毁，调度完全在用户态中完成。
    • 进程和线程之比为1：N
  • 用户线程加轻量级线程
    • 混合使用，进程和线程之间N：M
• Java线程实现
  • 1.2之前是用户线程
  • 1.2之后是基于操作系统原生线程来实现的
• Java线程调度
  • 协同式线程调度：线程执行完通知其它线程执行
    • 好处是实现简单
    • 坏处是线程执行时间不可控制，如果一个线程编写有问题，容易造成阻塞。
  • 抢占式线程调度
    • 每个线程由系统来分配执行时间。
• 线程状态转换
  • 新建
  • 运行：包括系统线程中的Running和Ready，有可能在等待CPU调度
  • 无限期等待：需要等待被其它线程唤醒。
    • 没有设置TimeOut的Object.wait()
    • 没有设置TimeOut的Thread.join()
    • LockSupport.park()
  • 有限期等待:一定时间之后被系统自动唤醒
    • Thread.sleep()
    • 设置TimeOut的Object.wait()
    • 设置TimeOut的Thread.join()
    • LockSupport.parkNanos()
    • LockSupport.parkUntil()
  • 阻塞：等待获得排它锁，在等待另一个线程释放锁时发生。
  • 结束

线程安全

• 定义
  • 当多个线程访问一个类时，如果不用考虑这些线程在运行时环境下的调度和交替执行，并且不需要额外的同步，或者在调用代码代码不必作其他的协调，这个类的行为仍然是正确的，那么称这个类是线程安全的。
• 特征
  • 代码本身封装了所有必要的正确性保障手段
• Java操作共享数据分类（线程安全程度由强到弱）
  • 不可变
    • String，Long，Double，BigInteger等为不可变对象
    • AtomicInteger和AtomiLong则为可变类
  • 绝对线程安全
    • java.util.Vector，方法被synchronized修
  • 相对线程安全:特定的执行顺序需要同步
    • Vector，HashTable，Collections
  • 线程兼容：对象本身是线程非线程安全的，但是可以使用同步手段让对象在并发情况下安全使用。
  • 线程对立：无法同步的代码。
• 线程安全的实现
  • 互斥同步
    • 可以使用临界区，互斥量，和信号量、
    • synchronized关键字，Java里面会在同步块前后加上monitorenter和monitorexist关键字，重量级操作
    • ReentrantLock和synchronized很相似，写法上不太同
      • 等待可中断
      • 可实现公平锁
      • 锁绑定多个条件
  • 非阻塞同步
    • 基于冲突检测和乐观并发策略，先操作，有冲突，再补偿，需要硬件指令支持。
    • Test-and-set，Fetch-and-Increment，Swap，Compare-and-Swap(CAS)，Load-Linked/Store-Conditional
  • 无同步方案
    • 可重入代码
    • 线程本地存储
• 锁优化(1.5到1.6)
  • 适应性自旋
    • 自旋锁，多处理器上，一个线程请求资源被上锁，可以占用CPU自旋（忙循环），避免线程切换。
    • 适应性自旋意味着自旋时间不是固定的，由前一次在同一个锁上的自旋时间及锁拥有者的状态来决定。
  • 锁消除
    • 对不可能存在数据竞争的代码进行锁消除
  • 锁粗化
    • 如果虚拟机探测到一连串的对象都涉及到一个锁，可以将锁扩展到这个操作序列的外部。
  • 轻量级锁
    • 传统锁使用互斥量来实现
    • 轻量级锁通过CAS，对象头信息中的锁标志位实现。如果存在竞争关系，轻量级锁会膨胀为重量级锁。
  • 偏向锁
    • 消除数据在无竞争情况下的同步原语。

MySQL锁

锁是计算机协调多个进程或线程并发访问某一资源的机制。锁保证数据并发访问的一致性、有效性；锁冲突也是影响数据库并发访问性能的一个重要因素。锁是Mysql在服务器层和存储引擎层的的并发控制。

加锁是消耗资源的，锁的各种操作，包括获得锁、检测锁是否是否已解除、释放锁等。

设计模式

详解java设计模式

Semphore

限制线程并发的数量

Exchanger

在两个线程之间传输数据