本文主要記錄自己閱讀《Java并發(fā)編程實(shí)戰(zhàn)》后，對(duì)并發(fā)編碼的淺薄認(rèn)識(shí)，為原創(chuàng)內(nèi)容，如有文中有書寫或其他問題，請(qǐng)留言指導(dǎo)修正，互相交流，共同進(jìn)步，本人QQ：417213902。

常見的并發(fā)概念

• 原子性

  符合原子操作的那么就說具有原子性，那么原子操作指不會(huì)被線程調(diào)度
  機(jī)制打斷的操作；這種操作一旦開始，就一直運(yùn)行到結(jié)束，中間不會(huì)有
  任何上下文切換。
  

  比如我們常見的++a，它的操作是原子的，因?yàn)樗⒉粫?huì)作為一個(gè)不可
  分割的操作來執(zhí)行，這是一個(gè)“讀取-修改-寫入”的操作序列，并且其結(jié)果
  狀態(tài)依賴于之前的狀態(tài)。
  我們可以通過采用java.util.concurrent.atomic包中包含的原子變量類，用于實(shí)現(xiàn)在數(shù)值和對(duì)象引用上的原子狀態(tài)轉(zhuǎn)換。原子變量類采用了CAS(compare and swap)無鎖算法，屬于樂觀鎖。CAS的原理是有3個(gè)操作數(shù)，內(nèi)存值V，舊的預(yù)期值A(chǔ)，要修改的新值B，當(dāng)且僅當(dāng)A和V相等時(shí)，將V改為B，否則什么也不做。
  還有一種方式可以采用加鎖機(jī)制，即內(nèi)置鎖及重入機(jī)制，用關(guān)鍵字synchronized同步代碼塊能達(dá)到原子操作。

• 競(jìng)態(tài)條件

  在并發(fā)編程中，當(dāng)某個(gè)計(jì)算的正確性取決于多個(gè)線程的交替執(zhí)行時(shí)序
  時(shí)，那么就會(huì)發(fā)生競(jìng)態(tài)條件。
  

  比如說“先檢查后執(zhí)行”操作，即可能通過一個(gè)可能失效的觀測(cè)結(jié)果來決定
  下一步的動(dòng)作。常見的有單例模式。那么此時(shí)我們采用可以原子操作解決此問題，即保證在單例模式中初始化變量的方法增加鎖synchronized，或者定義原子性變量。

• 指令重排序

   在沒有充分同步的程序中，如果調(diào)度器采用不恰當(dāng)?shù)姆绞絹斫惶鎴?zhí)行
   不同線程的操作，那么將導(dǎo)致不正確的結(jié)果，更糟的是，JVM還使得不
   同線程看到的操作執(zhí)行順序是不同，從而導(dǎo)致在缺乏同步的情況下，要
   推斷操作的執(zhí)行順序?qū)⒆兊酶訌?fù)雜，此些都可以歸為重排序。
  

  在編譯器中生成的指令順序，可以與源代碼中的順序不同，此外編譯器還會(huì)把變量保存在寄存器而不是內(nèi)存中；處理器可以采用亂序或并行等方式執(zhí)行指令；緩存可能會(huì)改變將寫入變量提交到主內(nèi)存的次序；而且，保存在處理器本地緩存中值，對(duì)于其他處理器是不可見的。當(dāng)然對(duì)于亂序，我覺得應(yīng)該是沒有依賴或者關(guān)聯(lián)的指令可以亂序。

• 可見性

  當(dāng)多個(gè)線程同時(shí)訪問同一個(gè)變量時(shí)，一個(gè)線程修改了這個(gè)變量的值，其 
  他線程能夠立即看得到修改的值。
  

  首先我們得要理解下，在實(shí)際內(nèi)存中，每個(gè)線程內(nèi)都會(huì)有個(gè)工作內(nèi)存，僅每個(gè)線程自己可見，且還有共享內(nèi)存，工作內(nèi)存中的值由共享內(nèi)存復(fù)制過來；當(dāng)把變量聲明為volatile類型后，線程每次操作都是修改主內(nèi)存中的變量，讀取volatile類型變量時(shí)也總是返回最新寫入的值。這就說明volatile能解決 線程對(duì)變量的可見性，注意volatile不可以對(duì)非原子操作的變量具有可見性。加鎖機(jī)制既可以確?？梢娦杂挚梢源_保原子性，而volatile變量只能確?？梢娦?。synchronized同樣可以保證可見性。

• 不可變

  如果某個(gè)對(duì)象在被創(chuàng)建后其狀態(tài)就不能被修改，那么這個(gè)對(duì)象就稱為不可變對(duì)象。
  

  主要關(guān)鍵字為final。

• 內(nèi)置鎖及重入性
  java本身提供了同步代碼塊，由關(guān)鍵字synchronized實(shí)現(xiàn)，每個(gè)java對(duì)象都可以用做一個(gè)實(shí)現(xiàn)同步的鎖，這些鎖我們稱為內(nèi)置鎖。java的內(nèi)置鎖相當(dāng)于一個(gè)互斥體，這意味著最多只有一個(gè)線程能持有這種鎖，當(dāng)線程A嘗試獲取由線程B持有的鎖時(shí)，線程A必須等待或阻塞。
  在java內(nèi)部，同一線程在調(diào)用自己類中其他synchronized方法/塊或調(diào)用父類的synchronized方法/塊都不會(huì)阻礙該線程的執(zhí)行，就是說同一線程對(duì)同一個(gè)對(duì)象鎖是可重入的，而且同一個(gè)線程可以獲取同一把鎖多次，也就是可以多次重入。重入意味著獲取鎖的操作的粒度是“線程”，而不是“調(diào)用”。重入的一種實(shí)現(xiàn)方法是，為每個(gè)鎖關(guān)聯(lián)一個(gè)獲取計(jì)數(shù)值和一個(gè)所有者線程，當(dāng)計(jì)數(shù)值為0時(shí)，這個(gè)鎖就被認(rèn)為是沒有被任何線程持有，當(dāng)線程請(qǐng)求一個(gè)未被持有的鎖時(shí)，JVM將記下鎖的持有者，并且將獲取計(jì)數(shù)值置為1。如果同一個(gè)線程再次獲取這個(gè)鎖，計(jì)數(shù)值將遞增，而當(dāng)線程退出 同步代碼塊時(shí)，計(jì)數(shù)器會(huì)相應(yīng)地遞減，當(dāng)計(jì)數(shù)值為0時(shí)，這個(gè)鎖將被釋放。

• 并發(fā)中常見關(guān)鍵字synchronized、volatile、final
  synchronized ：
  修飾一個(gè)方法，被修飾的方法稱為同步方法，其作用的范圍是整個(gè)方法，作用的對(duì)象是調(diào)用這個(gè)方法的對(duì)象；
  synchronized(this)同步代碼塊時(shí)，代碼塊為原子操作，多線程將被阻塞。
  synchronized(某個(gè)對(duì)象)同步代碼塊時(shí)，這個(gè)對(duì)象將只能被擁有鎖的線程修改
  volatile：
  volatile是Java虛擬機(jī)提供的輕量級(jí)的同步機(jī)制。關(guān)于volatile的可見性作用，我們必須意識(shí)到被volatile修飾的變量對(duì)所有線程總是立即可見的，對(duì)volatile變量的所有寫操作總是能立刻反應(yīng)到其他線程中，但是對(duì)于volatile變量運(yùn)算操作(如a++)在多線程環(huán)境并不保證安全性，這是因?yàn)閍++操作是非原子操作，可以將該方法用synchronized修飾。

  /**
 * Created by zejian on 2017/6/11.
 * Blog : http://blog.csdn.net/javazejian [原文地址,請(qǐng)尊重原創(chuàng)]
 */
public class DoubleCheckLock {
    private static DoubleCheckLock instance;
    private DoubleCheckLock(){}
    public static DoubleCheckLock getInstance(){
        //第一次檢測(cè)
        if (instance==null){
            //同步
            synchronized (DoubleCheckLock.class){
                if (instance == null){
                    //多線程環(huán)境下可能會(huì)出現(xiàn)問題的地方
                    instance = new DoubleCheckLock();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

上述代碼一個(gè)經(jīng)典的單例的雙重檢測(cè)的代碼，這段代碼在單線程環(huán)境下并沒有什么問題，但如果在多線程環(huán)境下就可以出現(xiàn)線程安全問題。原因在于某一個(gè)線程執(zhí)行到第一次檢測(cè)，讀取到的instance不為null時(shí)，instance的引用對(duì)象可能沒有完成初始化。因?yàn)閕nstance = new DoubleCheckLock();可以分為以下3步完成(偽代碼)

memory = allocate(); //1.分配對(duì)象內(nèi)存空間
instance(memory);    //2.初始化對(duì)象
instance = memory;   //3.設(shè)置instance指向剛分配的內(nèi)存地址，此時(shí)instance！=null
由于步驟1和步驟2間可能會(huì)重排序，如下：
memory = allocate(); //1.分配對(duì)象內(nèi)存空間
instance = memory;   //3.設(shè)置instance指向剛分配的內(nèi)存地址，此時(shí)instance！=null，但是對(duì)象還沒有初始化完成！
instance(memory);    //2.初始化對(duì)象

由于步驟2和步驟3不存在數(shù)據(jù)依賴關(guān)系，而且無論重排前還是重排后程序的執(zhí)行結(jié)果在單線程中并沒有改變，因此這種重排優(yōu)化是允許的。但是指令重排只會(huì)保證串行語義的執(zhí)行的一致性(單線程)，但并不會(huì)關(guān)心多線程間的語義一致性。所以當(dāng)一條線程訪問instance不為null時(shí)，由于instance實(shí)例未必已初始化完成，也就造成了線程安全問題。那么該如何解決呢，很簡(jiǎn)單，我們使用volatile禁止instance變量被執(zhí)行指令重排優(yōu)化即可。
final：
final修飾的對(duì)象可以在定義時(shí)或構(gòu)造器中初始化
static final修飾的對(duì)象表示常量，只有在定義時(shí)賦值

除非需要某個(gè)域是可變的，否則應(yīng)將其聲明為final域，也是一個(gè)良好的編程習(xí)慣。摘自《Java并發(fā)編程實(shí)戰(zhàn)》

2018-05-08 23:31:00