java多线程总结 - 原理篇

骑猪看日落 2021-06-10 20:39 567阅读 0赞

#### synchronized关键字 ####

java关键字，用于并发线程的同步执行。主要用在：  
修饰对象：当线程进入该代码块，该线程就会持有对象的锁。 当其他线程准备进入该代码块时，就会被阻塞。线程会进入对象的等待队列，直到上一个线程执行结束，释放锁。示例：synchronized（object）\{\}、synchronized（this）\{\}  
修饰非静态方法：和修饰对象类似，获取的是当前对象的锁。示例：public void synchronized methed1\{\}  
修饰类静态方法或类：进入被synchronized修饰的静态方法的线程会持有当前类锁，其他线程无法进入当前类的其他方法。直到上个线程释放类锁。synchronized（A.class）\{\}、public synchronized static void methed1\{\}

#### synchronized实现原理 ####

1、如果持有对象的锁：在JVM中，每个对象的头部会有一块记录锁状态的区域，称为Mark Word。当线程进入该代码块时，会判断当前对象的锁状态，根据锁的状态来进行不同的阻塞方案。  
具体在JVM中通过ObjectMonitor中的monitorenter和monitorexit字节码实现，如果修饰对象方法，则在方法的标记位上有ACC\_SYNCHRONIZED标志  
2、如果持有类的锁：修饰静态方法也是通过方法标记位ACC\_STATIC、ACC\_SYNCHRONIZED，如果是synchronized(A.class),是通过类进行ObjectMonitor中的monitorenter和monitorexit的。  
在JDK1.6以前，synchronized关键字被认为是重量级的锁，它通过Mutex Lock实现，线程之间的切换需要从用户态切换到核心态  
在1.6及以后，JVM对synchronized做了较大的优化，主要引入了偏向锁、自旋锁、轻量级锁、重量级锁、自适应自旋、锁消除、锁粗化的概念。  
偏向锁：当线程进入同步代码块时，对象头就记录了当前线程的ID，这样的好处是，当同一个线程多次进入同步代码块时就可以直接进入，降低了加锁解锁的成本。但当多个线程需要同时获得对象锁时，偏向锁就不适用了，因为对象头只能记录一个线程ID。此时就会升级为轻量级锁，在升级之前，还会进行一次挣扎（考虑到大部分情况下，线程持有cpu的时间是非常短的），所以进行一定的自旋大部分能获取到锁，JVM默认自旋次数为10次。

#### synchronized与ReentrantLock区别 ####

ReentrantLock可重入锁，是Lock的一个实现类，组合了Sync类，Sync是ReentrantLock的内部类，继承自AbstractQueuedSynchronizer。是一个基于队列的同步控制器。相对于synchronized，ReentrantLock可以说是用户控制的锁，不借助JVM内部就控制了线程的同步机制。它主要借助了CAS(compare and swap比较并交换)，它有三个参数，内存位置V，预期原值（expect）和更新值（update），表示当内存位置的值等于expect时，就将其更新为update，否则不更新。这个机制很有效，它模拟了线程获取锁的过程，如果当前锁被其他线程持有，则继续获取，否则就获取锁。  
总结一下：  
synchronized： java关键字 JVM级别 非公平锁  
ReentrantLock：java类 用户级 公平非公平均可  
两者都是可重入锁  
ReentrantLock可以对获取锁的等待时间进行设置，避免了死锁，同时可以获取锁的各种信息。通过condition可以实现灵活的多路通知。  
加锁机制：synchronized操作的是对象的Mark Word，而lock调用的Unsafe的park方法。

#### JMM内存可见性 ####

内存不可见的原因：CPU存在多级缓存（局部性原理），当线程在执行过程中，大部分数据存在与CPU缓存中，不同的cpu核之间的内存是不可见的。  
解决可见性的方案：volitile关键字  
语义：1、被修饰的字段修改对其他线程可见 2、禁止指令重排序（通过内存屏障）  
原理：写入：当线程更新被volitile修饰的变量时，会让cpu缓存失效，直接更新主内存。  
读取：当线程读取被volitile修饰的变量时，使工作内存中失效，会直接从主内存读取  
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#### CAS ####

CAS(compare and swap比较并交换)，它有三个参数，内存位置V，预期原值（expect）和更新值（update），表示当内存位置的值等于expect时，就将其更新为update，否则不更新。  
CAS是一种类似乐观锁的实现，在线程竞争不是很激烈的时候，通过CAS能大大提高效率。  
缺点：  
1、因为CAS通过do-while实现，若循环时间长，cpu开销会比较大  
2、只能保证一个共享变量的原子操作，多个共享变量必须使用lock或synchronized  
3、ABA问题，可以通过AtomicStampedReference寻求解决

#### JAVA线程池 ####

当并发请求的数量很多，同时每个线程执行花费的时间很短。如果一个请求创建一个线程再销毁，那样大部分时间和性能会花在创建销毁线程上。如果采用了线程池，可以大大提高线程的复用率，提高执行效率。  
之前常用的是JUC包下Executors类创建线程池，但现在不推荐了，原因是封装了线程池的创建过程，开发者会降低关注度。同时它设置的阻塞队列过长，当阻塞线程过多时可能会出现OOM异常。推荐直接采用ThreadPoolExecutor创建线程：  
ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,  
int maximumPoolSize,  
long keepAliveTime,  
TimeUnit unit,  
BlockingQueue workQueue,  
ThreadFactory threadFactory,  
RejectedExecutionHandler handler)；  
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