因?yàn)樘幚砥髦黝l在硬件發(fā)展上的瓶頸，摩爾定律基本失效，現(xiàn)在真正起作用的是并行處理的Amdahl定律，畢竟，現(xiàn)在計(jì)算機(jī)的瓶頸在于存儲和通信，而不是運(yùn)算本身，并行運(yùn)算可以更充分地發(fā)揮運(yùn)算的能力，也是提升計(jì)算機(jī)性能。
一致性的問題
并行運(yùn)算通過讓多個(gè)處理器并行來提升性能，但是多處理器并行就會有內(nèi)存上的一致性問題。
- 硬件上的緩存一致性
運(yùn)算不是處理器自己的事情，處理器必須與內(nèi)存交互（讀參數(shù)，寫結(jié)果），但是處理器和內(nèi)存在速度上相差幾個(gè)數(shù)量級，硬件上的一個(gè)解決辦法是在處理器和內(nèi)存之間插一組高速緩存（Cache），每個(gè)處理器都有一塊兒Cache，Cache的速度相對更接近運(yùn)算器，這能提高運(yùn)算速度，但是，多個(gè)處理器的Cache同時(shí)與內(nèi)存交互時(shí)，就有可能發(fā)生沖突，這就是緩存一致性的問題。 - 指令上的亂序執(zhí)行和指令重排序
為了充分利用處理器的運(yùn)算能力，一段代碼中的各個(gè)語句可能被分配到不同的處理器共同處理，最后再把處理結(jié)果重組，這樣處理速度更快，但是各語句執(zhí)行的先后順序就不一定是代碼的先后順序了，這就是亂序執(zhí)行。
JVM在編譯時(shí)，也會對生成的指令做類似的操作，叫做指令重排序，指令重排序能通過多處理器并行來提升性能，但是語句的執(zhí)行順序會被重排，這可能會破壞代碼中的邏輯順序。 - JVM的主內(nèi)存和工作內(nèi)存
Java不像C/C++，不會讓程序直接操作硬件和OS上的內(nèi)存，而是提供了JVM的虛擬機(jī)內(nèi)存。JVM內(nèi)存分為主內(nèi)存和線程上的工作內(nèi)存。
主內(nèi)存
對應(yīng)物理內(nèi)存，存放對象、靜態(tài)對象、常量等。（可以理解為堆，但其實(shí)不是一個(gè)維度）
工作內(nèi)存
對應(yīng)Cache甚至處理器的寄存器，每個(gè)線程都有自己的工作內(nèi)存，存放線程私有的方法參數(shù)和局部變量。（可以理解為虛擬機(jī)棧的棧幀中的局部變量表，但其實(shí)不是一個(gè)維度）
線程不能直接操作主內(nèi)存的數(shù)據(jù)，只能在工作內(nèi)存中操作目標(biāo)對象的拷貝副本（一般只拷貝對象的reference和線程要使用的字段），最后再把拷貝副本寫回主線程；線程之間也不能直接傳遞對象，要通過主內(nèi)存中轉(zhuǎn)。
JVM的主內(nèi)存和工作內(nèi)存需要頻繁交互，為了確保數(shù)據(jù)一致性，定義了8種操作（并沒有開放給用戶），確保以主內(nèi)存為準(zhǔn)：
- lock，一個(gè)線程獨(dú)占，其他線程不可用
同一個(gè)線程可以lock多次，但是就需要unlock同樣次
會清空本地內(nèi)存數(shù)據(jù)，重新從主內(nèi)存load或assign（確保lock后的數(shù)據(jù)與主內(nèi)存一致） - unlock，線程不再占用，其他線程可以使用
必須是lock過的對象，而且是本線程lock過的對象
前面必須先write+store（unlock前必須寫回主內(nèi)存） - read，從主內(nèi)存讀出
后面必須load - load，復(fù)制到工作內(nèi)存
必須先read - use，在工作內(nèi)存中使用該對象
必須是load或assign過的（工作內(nèi)存不能增加對象，對象必須來自主內(nèi)存） - assign，在工作內(nèi)存中為該對象賦值
后面必須做write（修改過的對象必須寫回主內(nèi)存） - write，從工作內(nèi)存讀出
前面必須assign過（沒修改過的對象不需要寫回主內(nèi)存）
后面必須store - store，寫到主內(nèi)存
前面必須先write
原子性、可見性、有序性
實(shí)現(xiàn)并發(fā)操作的一致性，核心就是原子性、可見性和有序性。
- 原子性
原子性就是操作不可被分割（避免被分到不同處理器并行）。
基本類型的讀寫是原子性的。
對象和代碼段可以用synchronized塊實(shí)現(xiàn)原子性，synchronized反映在字節(jié)碼上，就是monitorenter和monitorexit這對內(nèi)存屏障，屏蔽指令重排，從而實(shí)現(xiàn)原子性。 - 可見性
可見性針對的是變量值的修改的可見性，一個(gè)線程做了修改，其他線程能立即得知。
Java以主內(nèi)存為核心實(shí)現(xiàn)可見性，變量修改后寫回到主內(nèi)存，變量讀取前從主內(nèi)存刷新。
volatile、synchronized和final都能實(shí)現(xiàn)可見性。
volatile能把修改的值立即寫回到主內(nèi)存，每次使用前還會立即從主內(nèi)存刷新（因此，每次使用的值都可能變化，所以叫volatile易變的）。
synchronized是在unlock之前，把變量同步寫回主內(nèi)存，因?yàn)閟ynchronized每次只允許一個(gè)線程lock，所以只要先在unlock時(shí)同步數(shù)據(jù)，在后面lock時(shí)就能確?？梢娦?。
final只要完成初始化就不能修改，也就不需要通知修改，所以能滿足可見性，但是如果還沒有完成初始化時(shí)，其他線程就能看見final字段，就打破了可見性（也就是發(fā)生了this逃逸）。 - 有序性
有序性指的是按照程序代碼規(guī)定的順序執(zhí)行指令，它針對的是指令重排序。
在線程內(nèi)的操作，天然是有序的。
對于線程間的有序性，可以用volatile和synchronized實(shí)現(xiàn)。
volatile禁止指令重排序。
synchronized同一時(shí)刻只允許一個(gè)線程lock，變成線程內(nèi)的操作。
volatile、synchronized和ReentrantLock同步機(jī)制
前面提到，JVM中有volatile和synchronized兩個(gè)同步機(jī)制，其中volatile是輕量級的，synchronized是重量級的，JVM還提供了ReentrantLock重入鎖。
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volatile
volatile的核心就是修改立即通知+使用前立即刷新，反應(yīng)在8種內(nèi)存操作上，有3個(gè)原則：
1.use和load綁定，use之前必須read+load。
2.assign和store綁定，assign之后必須write+store。
3.同一線程對兩個(gè)volatile變量測操作中，要use/assign的那個(gè)變量，需要先read/write。
在性能和安全上，volatile有這么幾個(gè)特點(diǎn)：
1.volatile是JVM中最輕量級的同步機(jī)制
volatile的讀操作幾乎等同于普通變量，volatile的寫操作相對較慢（需要內(nèi)存屏障避免亂序執(zhí)行），
2.volatile滿足可見性和有序性，但不滿足原子性，所以不是并發(fā)安全的。
比如，讓多個(gè)線程對一個(gè)volatile數(shù)值做自增運(yùn)算，雖然代碼上看起來每次取到的數(shù)據(jù)都是最新的，但是非原子性意味著代碼上的一行會被解析成多行字節(jié)碼甚至更多的機(jī)器碼，在字節(jié)碼或者機(jī)器碼中，獲取數(shù)據(jù)時(shí)是最新的，到操作數(shù)據(jù)時(shí)，其他線程可能又做了修改，當(dāng)前數(shù)據(jù)就不是最新的了。
在不需要考慮原子性的場景下，volatile性能占優(yōu)，比如在單一線程中，或者僅用一個(gè)volatile變量作為約束條件：
volatile boolean flag=false;
public void shutdown(){
flag=true;
}
public void dowork(){
while(!flag){...} //僅利用volatile的可見性
}
-
synchronized
synchronized是線程級別的處理，相對只是讀寫數(shù)據(jù)的volatile來說，絕對是重量級的操作，因?yàn)閟ynchronized的核心是阻塞同步。
編譯
synchronized編譯后，會成對地生成monitorenter和monitorexit內(nèi)存屏障，這兩個(gè)字節(jié)碼需要對reference加鎖和解鎖，需要對象參數(shù)的reference，如果沒有在代碼中明確指定對象，就會根據(jù)所在方法是類方法還是實(shí)例方法，去獲取所在的類或者實(shí)例對象的reference。
阻塞
線程在進(jìn)入monitorenter時(shí)，如果當(dāng)前線程沒有這個(gè)鎖，而且鎖計(jì)數(shù)器不為0，說明有其他線程正在工作，當(dāng)前線程必須阻塞等待，直至其他線程釋放鎖后，才能被喚醒。可見，阻塞會浪費(fèi)大量的資源。
系統(tǒng)消耗
線程的阻塞和喚醒，需要操作系統(tǒng)來處理，這會從用戶態(tài)轉(zhuǎn)換為核心態(tài)，這種轉(zhuǎn)換要消耗大量的處理器資源（往往超過用戶代碼的消耗）。
串行執(zhí)行
synchronized下，一個(gè)變量同一時(shí)刻只能有一個(gè)線程進(jìn)行l(wèi)ock，因此，持有同一個(gè)lock的兩個(gè)synchronized塊，只能串行地進(jìn)入（如果在同一個(gè)線程里就是天然串行，如果在不同線程里，就必須等lock被釋放，事實(shí)上也是串行）。這會影響程序的處理速度。
所以synchronized是非常重量級的操作，我們應(yīng)該僅在必要的時(shí)候使用該操作，虛擬機(jī)自己也會做一些自旋等待，盡量避免線程阻塞和核心態(tài)切換。 -
ReentrantLock
ReentrantLock是java.util.concurrent包使用的同步機(jī)制，ReentrantLock和synchronized一樣，是支持線程重入的互斥鎖，不同的是ReentrantLock是API層面的，synchronized是原生語法層面的。
另外，ReentrantLock有三個(gè)高級功能。
1.等待可中斷，synchronized中的線程只能阻塞。
2.時(shí)間順序公平（公平鎖），多個(gè)線程按申請鎖的時(shí)間順序排隊(duì)，synchronized中的線程做不到這一點(diǎn)。
3.綁定多個(gè)條件，一個(gè)ReentrantLock對象可以同時(shí)綁定多個(gè)condition對象，synchronize要增加關(guān)聯(lián)條件，只能增加鎖。
先行發(fā)生
在Java中解決有序性的問題，并不是全都需要同步器，有一些是天然就能確保先后關(guān)系的規(guī)律：（先行發(fā)生僅指操作上的先后順序，不是時(shí)間上的先后順序）
1.程序次序，同一線程內(nèi)，是按代碼邏輯順序。
2.管程鎖定，同一個(gè)鎖對象，時(shí)間上一定是先unlock，然后才能lock
3.volatile，一個(gè)volatile變量，時(shí)間上一定是先寫，然后才能讀
4.線程啟動，Thread一定是先start
5.線程終止，Thread一定是最后執(zhí)行終止（Thread.join()）
6.線程中斷，一定是先執(zhí)行了Thread.interrupt()，然后線程的代碼才能檢測到中斷事件
7.對象終結(jié)，對象的初始化一定在finalize()之前
8.傳遞性，操作的先后順序是可傳遞的，A在B前，B在C前，則A一定在C前。
先行發(fā)生與時(shí)間先后沒有關(guān)系，因?yàn)榫€程在時(shí)間上先發(fā)生的操作，與并發(fā)執(zhí)行時(shí)的順序并沒有太大關(guān)系，操作上的先發(fā)生不代表時(shí)間上的先發(fā)生，時(shí)間上的先發(fā)生也不代表操作上是先發(fā)生的。
對雙鎖檢測單例模式的解讀
我們看一個(gè)雙鎖檢索的DCL單例
public class Singleton{
private volatile static Singleton instance; //避免指令重排序
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance(){
if(instance == null){ //volatile確?？梢娦裕易x操作性能較高
//用synchronized確保原子性、可見性和有序性
synchronized(Singleton.class){ //這是一個(gè)靜態(tài)類方法，所以要用class類做全局同步鎖
if(instance == null){ //volatile在使用時(shí)刷新，再檢查一次
instance=new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
引用
《深入理解Java虛擬機(jī)》
synchronized(this)與synchronized(class)
Java集合及concurrent并發(fā)包總結(jié)（轉(zhuǎn)）
深入理解java虛擬機(jī) 精華總結(jié)（面試）
