Java并发编程艺术笔记之一二章

一、并发编程的挑战

1.并发编程的目的->让程序跑的更快...

2.单核处理器也能支持多线程执行代码，给每个线程分配CPU时间片来实现...

3.CPU在切换到下一个任务前会保存上一个任务的状态，直到再次加载这个状态的过程称为一次上下文切换...

4.并发不一定比串行快，因为线程有创建上下文切换的开销...

5.join()是等待线程结束后，主线程再结束...

6.如何减少上下文切换？

a.无锁并发编程，把关联性不强的数据分开处理，eg:把数据ID用hash算法取模，不同线程处理不同段的数据@多线程竞争锁的时候，会引起上下文切换

b.CAS算法，Java的Atomic包使用CAS算法来更新数据，不需要加锁...

c.使用最少的线程，任务比较少，可以减少线程的使用；

d.协程，在单线程里实现多任务的调度，并在单线程里维持多个任务间的切换...

7.死锁->两个线程都在等待对方释放资源(锁)...

8.如何避免死锁？

a.避免一个线程同时获取多个锁

b.避免一个线程在锁内占用多个资源，尽量保持每个锁只占一个资源

c.尝试使用定时锁，使用定时锁，eg:lock.tryLock(timeout)来代替使用内部锁机制

d.对于数据库锁，加锁和解锁都在一个数据库连接里面进行，否则会出现解锁失效的情况...

二、Java并发机智的底层实现原理

1.volatile是轻量级的sychronized，它在多处理器开发中保证共享变量的"可见性"；

2.可见性可以理解为：一个线程修改一个共享变量时，另一个线程能读到这个修改后的值；

3.使用volatile合理的话，会比使用sychronized成本更低，因为它不会引起上下文切换和调度；

4.volatile是使用排他锁单独获取这个变量的

5.在CPU层面上，对volatile进行写操作，jvm会向CPU发送一条Lock前缀的指令：

a.Lock前缀指令会引起当前CPU缓存行的数据写回到系统内存(这里的Lock信号一般会锁缓存，不会锁总线，锁总线开销太大...)；

b.这个写回内存的操作会使其他CPU里缓存该内存地址的数据失效...

为了保证各个CPU缓存是一致的，就会实现缓存一致性协议，CPU会使用嗅探技术保证内部缓存、系统内存、其他CPU缓存在总线上保持一致；

6.sychronized一般称为重量级锁，但经过多个JDK版本的优化，其实没那么重；

7.sychronized加锁的三种的情况：

a.普通同步方法，锁的是当前实例

b.静态同步方法，锁的是当前类的Class对象

c.同步方法块，锁的是sychronized括号里配置的对象；

8.sychronized同步的原理->JVM基于进入和退出Monitor对象来实现方法同步和代码块同步，其中代码块同步是使用了monitorenter和monitorexit一对指令来实现的，monitorenter指令在编译后插入到同步代码块开始位置，monitorexit是插入到方法结束和异常处，成对出现...

9.sychronized用到的锁是存在Java对象头中，Java对象头的Mark Word中包含:HashCode+分代年龄+锁标记位

10.Java中锁的状态分为4种，且状态只升不降：

a.无锁

b.偏向锁->经过研究发现，锁不仅不存在多线程竞争，而且总是由一个线程多次获得，则线程访问同步代码块的时候，会在对象头和栈桢记录存储锁偏向的线程ID，以后该线程在进入和退出同步代码块时，不需要进行CAS操作来加解锁...

c.轻量级锁->线程在执行同步代码块时，JVM会将当前线程的栈桢中创建用于存储锁记录的空间，并在对象头中MarkWord复制到锁记录中，然后尝试使用CAS对对象头的MarkWord进行替换为指向锁记录的指针，若失败，会启用自旋锁等待获取该锁...

d.重量级锁...轻量级解锁时，会使用原子的CAS操作将Diaplaced Mark Word替换回原来的对象头，若失败了，表示锁存在了竞争，锁就会膨胀成重量级锁...

11.三种锁的特点及适用场景：

a.偏向锁，加解锁不需要额外消耗，若出现进程就会带来消耗，适用于只有一个线程访问同步代码块的场景

b.轻量级锁，竞争线程不会被阻塞，若得不到锁，使用自旋锁会消耗CPU，适用于追求响应时间，同步代码块执行块的情况...

c.重量级锁，线程竞争不用自旋锁，不消耗CPU，但是会阻塞，响应时间慢，适用于追求吞吐量，同步代码执行周期较长的情况...

12.CPU进行原子操作主要依赖于两种方式：a.锁总线 b.锁缓存(常用）

13.两种不能使用锁缓存来保证原子操作的情况：

a.当前操作的数据不能保存在CPU缓存中，或者操作数跨越了过个cacheline(缓存行->CPU缓存基本单位)

b.有些CPU不支持锁缓存...

14.Java实现原子操作->使用循环CAS实现原子操作...

15.CAS实现原子操作的三大问题:

a.ABA问题->在CAS操作时，需要检查一个值是否发生了变化，但是有的值原来是A，变成了B，之后又变成了A，此时需要引入AtomicStampedRef来解决ABA问题，其原理是引入了版本检查，即->先查是否为预期引用，并且查是否为预期标志...

b循环时间开销大(CPU消耗多)->jvm支持CPU的pause指令，可以延迟流水线执行指令，CPU不会消耗过多的资源...

c.只能保证一个共享变量的原子操作->可以把多个共享变量打包成对象，进行CAS操作...