Java多线程与并发相关-原理

一 synchronized

1. 线程安全问题的主要诱因.

  1️⃣存在共享资源;
  2️⃣存在多条线程共同操作这些共享数据;

2. 解决办法.

  同一时刻有且只能有一个线程在操作共享数据,其他线程必须等到该线程处理完数据后再对共享数据进行操作;

3. 互斥锁的特性

  1️⃣互斥性 : 在同一时刻只允许一个线程持有某个对象的锁,通过这种特性来实现多线程的协调机制,这样在同一时间只有一个线程对需要同步的代码块进行访问.互斥性也称为操作的原子性;
  2️⃣可见性 : 在获得锁以后必须获得最新的共享变量的值,否则可能导致数据不一致;
  3️⃣synchronized锁的不是代码而是对象;

4. synchronized锁的分类

  1️⃣对象锁 : 同步代码块(this)或者同步非静态方法;
  2️⃣类锁 : 同步代码块(类.class)或者同步静态方法;

5. 类锁与对象锁的总结.

  1️⃣有线程访问对象的同步代码块时,另外的线程可以访问该对象的非同步代码块;
  2️⃣若锁住的是同一个对象,一个线程在访问对象的同步代码块时,另一个访问对象的同步代码块的线程会被阻塞;
  3️⃣若锁住的是同一个对象,一个线程在访问对象的同步方法时,另一个访问对象同步方法的线程会被阻塞;
  4️⃣若锁住的是同一个对象,一个线程在访问对象的同步代码块时,另一个访问对象同步方法的线程会被阻塞,反之亦然;
  5️⃣同一类的不同对象的对象锁互不干扰;
  6️⃣类锁由于也是一种特殊的对象锁,因此表现和上述1, 2, 3, 4一致,而由于一个类只有一把对象锁,所以同一个类的不同对象使用类锁将会是同步的;
  7️⃣类锁和对象锁互不干扰;

二 synchronized底层实现原理

1. 实现synchronized的基础

  1️⃣Java对象头;
  2️⃣Moniter;

2. 对象在内存中的布局

  1️⃣对象头;
  2️⃣实例数据;
  3️⃣对齐填充;

3. 对象头的结构

4. Mark Word

5. Moniter : 每个对象天生带了一把看不见的锁

6. 自旋锁

  1️⃣许多情况下,共享数据的锁定状态持续时间较短,切换线程不值得;
  2️⃣通过让现场执行忙循环等待锁的释放,不让出CPU;
  3️⃣若锁被其他线程长时间占用,会带来许多性能上的开销;

7. 自适应自旋锁

  1️⃣自旋的次数不在固定;
  2️⃣由前一次在同一个锁上的自旋时间及锁的拥有者的状态来决定;

8. 锁消除

  这是一个更彻底的优化,对运行上下文进行扫描,去除不可能存在竞争的锁;

9. 锁膨胀的方向

  无锁 -> 偏向锁 -> 轻量级锁 -> 重量级锁;

10. synchronized和ReentrantLock的区别

  1️⃣synchronized是关键字,ReentrantLock是类;
  2️⃣ReentrantLock可以对获取锁的等待时间进行设置,避免死锁;
  3️⃣ReentrantLock可以获取各种锁的信息;
  4️⃣ReentrantLock可以灵活地实现多路通知;
  5️⃣机制:sync操作的是Mark Word,lock调用Unsafe类的park()方法;