線程的同步就是保證多個(gè)線程的共同資源在同一時(shí)刻只有一個(gè)線程在使用和修改，保證數(shù)據(jù)是唯一的和準(zhǔn)確的。
1.線程間的同步方式
1.1 互斥量
采用互斥對(duì)象機(jī)制，只有擁有互斥對(duì)象的線程才有訪問公共資源的權(quán)限。因?yàn)榛コ鈱?duì)象只有一個(gè)，所以可以保證公共資源不會(huì)被多個(gè)線程同時(shí)訪問。例如，Java 中的 synchronized 關(guān)鍵詞和各種 Lock 都是采用互斥對(duì)象機(jī)制。
1.2 信號(hào)量
信號(hào)量允許同一時(shí)刻多個(gè)線程訪問同一資源，但是需要控制同一時(shí)刻訪問此資源的最大線程數(shù)量。
1.3 事件
事件機(jī)制通過通知的方式保持多線程同步，還可以實(shí)現(xiàn)多線程優(yōu)先級(jí)。
2.Java的線程同步
① 線程同步的目的是保證數(shù)據(jù)的唯一性和正確性。
Java的內(nèi)存模型JMM決定一個(gè)線程對(duì)共享變量的寫入何時(shí)對(duì)另一個(gè)線程可見，JMM定義了線程和主內(nèi)存之間的抽象關(guān)系：共享變量存儲(chǔ)在主內(nèi)存(Main Memory)中，每個(gè)線程都有一個(gè)私有的本地內(nèi)存（Local Memory），本地內(nèi)存保存了被該線程使用到的主內(nèi)存的副本拷貝，線程對(duì)變量的所有操作都必須在工作內(nèi)存中進(jìn)行，而不能直接讀寫主內(nèi)存中的變量。
② 線程同步的主要解決原子性、可見性和有序性。
A.原子性 : 一次操作或者多次操作，要么所有的操作全部都得到執(zhí)行并且不會(huì)受到任何因素的干擾而中斷，要么都不執(zhí)行。synchronized 可以保證代碼片段的原子性。
B.可見性?：當(dāng)一個(gè)線程修改了共享變量，那么其余線程都能立即可以看到修改后的最新數(shù)據(jù)。volatile?關(guān)鍵字可以保證共享變量的可見性。
C.有序性?：代碼的執(zhí)行是有先后順序的。然而 Java 在編譯器以及運(yùn)行期間的優(yōu)化，導(dǎo)致代碼的執(zhí)行順序未必就是編寫代碼時(shí)候的順序。volatile?關(guān)鍵字可以禁止指令進(jìn)行重排序優(yōu)化。
2.1 volatile
Java語言提供volatile關(guān)鍵字，用于修飾變量，在多線程并發(fā)中保證了共享變量的“ 可見性”。
volatile關(guān)鍵字的作用：
① 保證變量的可見性，即告訴Java內(nèi)存模型，volatile修飾的變量是不穩(wěn)定的，每次使用都要到主內(nèi)存中讀取。
②?防止指令重排序。
2.2 synchronized
synchronized 關(guān)鍵字底層原理屬于 JVM 層面。
（1）synchronized 修飾代碼塊
public class SynchronizedDemo {
? ? ? public void method() {
? ? ? ? ? ? ? synchronized (this) {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?System.out.println("synchronized 代碼塊");
? ? ? ? ? ? ? }
? ? ? ?}
}
通過 JDK 自帶的 javap 命令查看 SynchronizedDemo 類的相關(guān)字節(jié)碼信息：首先切換到類的對(duì)應(yīng)目錄執(zhí)行?javac SynchronizedDemo.java?命令生成編譯后的 .class 文件，然后執(zhí)行javap -c -s -v -l SynchronizedDemo.class。
synchronized 同步語句塊的實(shí)現(xiàn)使用的是 monitorenter 和 monitorexit 指令，其中 monitorenter 指令指向同步代碼塊的開始位置，monitorexit 指令則指明同步代碼塊的結(jié)束位置。?當(dāng)執(zhí)行 monitorenter 指令時(shí)，線程試圖獲取鎖也就是獲取 monitor(monitor對(duì)象存在于每個(gè)Java對(duì)象的對(duì)象頭中，synchronized 鎖便是通過這種方式獲取鎖的，也是為什么Java中任意對(duì)象可以作為鎖的原因) 的持有權(quán)。當(dāng)計(jì)數(shù)器為0則可以成功獲取，獲取后將鎖計(jì)數(shù)器設(shè)為1也就是加1。相應(yīng)的在執(zhí)行 monitorexit 指令后，將鎖計(jì)數(shù)器設(shè)為0，表明鎖被釋放。如果獲取對(duì)象鎖失敗，那當(dāng)前線程就要阻塞等待，直到鎖被另外一個(gè)線程釋放為止。
（2）synchronized 修飾方法
public class SynchronizedDemo2 {
? ? ? ?public synchronized void method() {
? ? ? ? ? ? ? System.out.println("synchronized 方法");
? ? ? ?}
}
synchronized 修飾的方法并沒有 monitorenter 指令和 monitorexit 指令，取得代之的確實(shí)是 ACC_SYNCHRONIZED 標(biāo)識(shí)，該標(biāo)識(shí)指明了該方法是一個(gè)同步方法，JVM 通過該 ACC_SYNCHRONIZED 訪問標(biāo)志來辨別一個(gè)方法是否聲明為同步方法，從而執(zhí)行相應(yīng)的同步調(diào)用。
參考：https://gitee.com/SnailClimb/JavaGuide/blob/master/docs/java/Multithread/synchronized.md
2.3 CAS?
CAS在Java并發(fā)應(yīng)用中通常指CompareAndSwap或CompareAndSet操作，即比較并交換。
① CAS是一個(gè)原子操作，比較一個(gè)內(nèi)存位置的值并且只有相等時(shí)修改這個(gè)內(nèi)存位置的值為新的值，保證了新的值總是基于最新的信息計(jì)算的，如果有其他線程在這期間修改了這個(gè)值則CAS失敗。CAS返回是否成功或者內(nèi)存位置原來的值用于判斷是否CAS成功。
② JVM中的CAS操作是利用了 CPU 的CMPXCHG指令實(shí)現(xiàn)的。
?Java 提供了 CAS 的原子類：AtomicBoolean、AtomicInteger、AtomicLong、AtomicReference等。使用樣例如下：
public?class CASTest{
????static?AtomicInteger?i?=?new?AtomicInteger(0);
????public static void increment() {
????????//?自增?1并返回之后的結(jié)果
? ? ? ? ? ?i.incrementAndGet();
? ? }
}
問題1：ABA問題
當(dāng)線程A即將要執(zhí)行第三步的時(shí)候，線程 B 把 i 的值加1，之后又馬上把 i 的值減 1，然后，線程 A 執(zhí)行第三步，這個(gè)時(shí)候線程 A 是認(rèn)為并沒有人修改過 i 的值，因?yàn)?i 的值并沒有發(fā)生改變。這就是ABA問題。?為了解決 ABA 問題。Java 中提供了 AtomicStampedReference 類，可以進(jìn)行版本控制。
問題2：CAS 沒有加鎖導(dǎo)致所有的線程都可以進(jìn)入 increment() 這個(gè)方法，假如進(jìn)入這個(gè)方法的線程太多，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)問題：每次有線程要執(zhí)行第三個(gè)步驟的時(shí)候，i 的值老是被修改了，所以線程又到回到第一步繼續(xù)重頭再來。如果線程密集，就會(huì)循環(huán)消耗資源。
Java8 引入了一個(gè) cell[] 數(shù)組，它的工作機(jī)制是這樣的：假如有 5 個(gè)線程要對(duì) i ?進(jìn)行自增操作，由于 5 個(gè)線程的話，不是很多，起沖突的幾率較小，那就讓他們按照以往正常的那樣，采用 CAS 來自增吧。如果有 100 個(gè)線程要對(duì) i 進(jìn)行自增操作的話，這個(gè)時(shí)候，沖突就會(huì)大大增加，系統(tǒng)就會(huì)把這些線程分配到不同的 cell 數(shù)組元素去，假如 cell[10] 有 10 個(gè)元素吧，且元素的初始化值為 0，那么系統(tǒng)就會(huì)把 100 個(gè)線程分成 10 組，每一組對(duì) cell 數(shù)組其中的一個(gè)元素做自增操作，這樣到最后，cell 數(shù)組 10 個(gè)元素的值都為 10，系統(tǒng)在把這 10 個(gè)元素的值進(jìn)行匯總，進(jìn)而得到 100，等價(jià)于 100 個(gè)線程對(duì) i 進(jìn)行了 100 次自增操作。
