Java高级之线程同步

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关于实现多线程的意义，“从业四年看并发”一文已经讲述，而本篇主要讲一下常用的设计模式和对象介绍，关于底层，请查看“Java高级之内存模型分析”。
通常情况下，狭义上来说，实现了变量或对象的原子性，即可以实现线程安全。什么叫线程的原子性，即执行read-load-assign-use-store-write这6个步骤，其一执行，则其他必执行完，因此来保证数据的同步。一般像long和double均为64位，会被拆分成2个32位执行，原则上会得到一个非64位的值，但实际上基本不会发生，也就是说它俩不具备标准的原子性。
synchronized可以说是唯一能实现标准同步的做法，底层使用monitorenter和monitorexit高级指令来实现同步块的原子性
常用的线程同步对象一般有这么几种，
1、使用synchronzied锁方法，指该方法操作完，其他线程才能操作
2、使用synchronzied锁对象，指该线程操作完此对象，其他线程才能操作
3、Lock，如ReentantLock，跟synchronized功能类似，不过它是使用lock+unlock+try/catch/finally实现，而前者使用底层指令，区别在于ReentrantLock拥有3种特性：1、等待可中断，在对象长期持有锁的情况话，线程可以放弃等待；2、公平锁，按时间顺序来获得锁，而synchronized不同，它是非公平锁，谁抢到是谁的；3、可绑定多个条件，通过Condition对象来设置，这样可以让线程在合适的时候放弃等待或执行其他操作；在线程数量比较多的时候，synchronized具有明显优势。
4、wait+notify，阻塞线程，等待通知后执行，通常用于生产者-消费者模式
5、sleep，轻量级的同步方法，在其他线程将数据准备好之后，再执行本线程。
6、volatile，非标准同步方法，谨慎使用；主要用于保证变量对所有线程的可见性和禁止指令重排序。前者特性表现在访问变量时，每次都会从内存中重读，因此主要应用在关闭多线程的执行上来；后者指保证代码顺序执行，而非变量前面有个线程未执行完，马上就执行到此变量。
        7、Semaphore,信号量，包含创建、等待、试图等待、释放、销毁几种，从生命周期即可看出，它是个线程同步的工具，跟锁是个线程互斥的工具不同，为互斥量为0表示锁定，大于0表示可使用（少数情况允许多条线程同时访问资源）。这也是互斥量和信号量的区别。

不同线程拥有不同的工作内存，像缓存机制一样，存在于处理器-工作内存-主内存系统中。变量均存在主内存中，工作内存存放主内存副本；不同线程不能直接访问对方的工作内存，只能通过主内存当桥梁来操作。
线程安全的实现方法有以下3种
1、互斥同步，即同一时间仅有一条线程可以使用共享数据，是一种阻塞同步，使用wait+notify的方式
2、非阻塞同步，乐观想法-同一时间仅有一条线程对数据操作，但做好补偿策略，防止多线程同时对数据操作，采用不断尝试，直到成功的策略；这可能出现问题，但在相当程度上，会使用并发速度高出几个量级；共享数据最好使用具有原子型的。
3、无同步，数据不会被共享的则无需同步或者仅在当前线程中被使用

关于锁，研究的细致一点，发现线程切换也是耗时的，那么锁可以做哪些优化呢？
1、自旋锁和自适应锁，1.6之后默认开启自旋锁，指出现线程等待，则停留一段时间，避免线程切换；如果停留时间非常短则自适应，特别长，虚拟机设置自旋10次则退出；自适应锁是智能的自旋锁，智能在于能跳过某个经常需要等待的线程。
2、锁消除，如上无同步状态，则无需加锁，重点在于避免程序自动同步，如StringBuffer的append方法，如无必要，可以使用StringBuilder代替。
3、锁粗化，如果几个方法均需加锁，而且在顺序上或时间上有次序，则可以共同放一起加锁，避免总是加锁解锁
4、轻量级锁，本意是减少重量级锁互斥产生的性能的消耗，无竞争状态下使用，加锁和解锁均通过CAS操作
5、偏向锁，解决轻量级锁在无竞争情况下，把整个同步都去掉，连CAS操作也不要了

大概关于线程同步的问题就先说这么多，回头有机会再补充。
介绍一种高效的单例模式，避免懒加载出现的一个单例仅能被一条线程持有的问题。
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) {
Singleton ins = new Singleton();
/* ensure object has been fully constructed before assigned to instance
* rule: in a thread, construction of an object -> access to the object.
*/
instance = ins;
}
}
}
return instance;
这样每条线程均可以直接持有此单例，仅在instance为空时将其初始化即可。
而sychronized关键字底层实现是moniterenter和moniterexit前者是将当前线程挂起，切换到内核层进行处理，处理完再唤起当前线程。
1.5引入CountDownLatch和CyclicBarrier，前者等待所有线程执行完毕再继续执行，后者等待到某个状态一起执行。