jvm(13)-线程安全与锁优化（转）

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0.1）本文部分文字转自“深入理解jvm”， 旨在学习 线程安全与锁优化 的基础知识；

0.2）本文知识对于理解 java并发编程非常有用，个人觉得，所以我总结的很详细；

【1】概述

【2】线程安全

1）线程安全定义：当多个线程访问一个对象时，如果不用考虑这些线程在运行时环境下的调度和交替执行，也不需要进行额外的同步，或者在调用方进行任何其他的协调操作，调用这个对象的行为都可以获得正确的结果，那这个对象是线程安全的；（干货——线程安全定义）

2）绝对线程安全

2.1）在java API中标注自己是线程安全的类，大多数都不是绝对的线程安全

2.2）java.util.Vector 是一个线程安全的容器，因为它的add()方法，get()方法，size() 方法 这些方法都是被 synchronized修饰的，尽管效率低下，但确实是安全的；对Vector的测试如下：

// 对线程安全的容器 Vector的测试
public class VectorTest {
    private static Vector<Integer> vector = new Vector<>(); 
    
    public static void main(String[] args) {
        while(true) {
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
                vector.add(i);
            }
            
            Thread removeThread = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    for (int i = 0; i < vector.size(); i++) {
                        vector.remove(i);
                    }
                }
            });
            
            Thread printThread = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    for (int i = 0; i < vector.size(); i++) {
                        System.out.println(vector.get(i));
                    }
                }
            });
            
            removeThread.start();
            printThread.start();
            
            // 不要同时产生过多的线程，否则会导致os 假死
            while(Thread.activeCount() > 20);
        }
    }
}

对以上代码的分析（Analysis）：

A1）运行结果： 作者说会抛出异常（但我的运行结果却没有抛出异常），按理说应该是会抛出异常的；

A2）抛出异常的原因：因为如果另一个线程恰好在错误的时间里删除了一个元素，导致序号i 已经不再可用的话，再用i 访问数组就会抛出一个 ArrayIndexOutOfBoundsException。

A3）如果要保证这段代码能够正确执行下去，修改后的代码为：

• • 

    // 对线程安全的容器 Vector的测试(修改后的代码)
    public class ModifiedVectorTest {
        private static Vector<Integer> vector = new Vector<>(); 
        
        public static void main(String[] args) {
            while(true) {
                for (int i = 0; i < 100; i++) {
                    vector.add(i);
                }
                
                Thread removeThread = new Thread(new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        synchronized (vector) { // 添加同步块，this line
                            for (int i = 0; i < vector.size(); i++) {
                                vector.remove(i);
                            }
                        }
                    }
                });
                
                Thread printThread = new Thread(new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        synchronized (vector) { // 添加同步块，this line
                            for (int i = 0; i < vector.size(); i++) {
                                System.out.println(vector.get(i));
                            }
                        }
                    }
                });
                
                removeThread.start();
                printThread.start();
                
                // 不要同时产生过多的线程，否则会导致os 假死
                while(Thread.activeCount() > 20);
            }
        }
    }

    

    

case1）等待可中断：指当持有锁的线程长期不释放锁的时候，正在等待的线程可以选择放弃等待，改为处理其他事情，可中断特性对处理执行时间非常长的同步块很有帮助；

1.6.3）关于synchronized 和 ReentrantLock 性能的分析：

对上图的分析（Analysis）：

A1）多线程环境下 synchronized的吞吐量下降得非常严重，而 ReentrantLock 则能基本保持在同一个比较稳定的水平上；与其说ReentrantLock性能好，还不如说 synchronized还有非常大的优化余地；

A2）虚拟机在未来的性能改进中肯定也会更加偏向于原生的 synchronized，所以还是提倡在 synchronized能实现需求的情况下，优先考虑使用 synchronized 来进行同步；（干货——同步方式推荐使用synchronized）

2.4）如何使用CAS 操作来避免阻塞同步，看个荔枝：（测试incrementAndGet 方法的原子性）

// Atomic 变量自增运算测试(incrementAndGet 方法的原子性)
public class AtomicTest {
    public static AtomicInteger race = new AtomicInteger(0);
    
    public static void increase() {
        // 输出正确结果，一切都要归功于 incrementAndGet 方法的原子性
        race.incrementAndGet();  
    }
    
    public static final int THREADS_COUNT = 20;
    
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Thread[] threads = new Thread[THREADS_COUNT];
        for (int i = 0; i < threads.length; i++) {
            threads[i] = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    for (int j = 0; j < 10000; j++) {
                        increase();
                    }
                }
            });
            threads[i].start();
        }
        
        while(Thread.activeCount() > 1) {
            Thread.yield();
        }
        
        System.out.println(race);
    }
    
    /**
     * incrementAndGet() 方法的JDK 源码
     * Atomically increment by one the current value.
     * @return the updated value
     */
    public final int incrementAndGet() {
        for(;;) {
            int current = get();
            int next = current + 1;
            if(compareAndSet(current,next)) {
                return next;
            }
        }
    }
}

2.5）CAS操作（比较并交换操作）的ABA问题：如果一个变量V初次读取的时候是A值，并且在准备赋值的时候检查到它仍然是A值，那我们就说它的值没有被其他线程改变过了吗？ 如果在这段期间它的值曾经被改为了B，之后又改回了A，那CAS操作就会误认为它从来没有被改变过，这个漏洞称为 CAS操作的 ABA问题；

2.6）解决方法：J.U.C 包为了解决这个问题，提供了一个带有标记的原子引用类“AtomicStampedReference”，它可以通过控制变量值的version 来保证CAS的正确性。不过目前来说这个类比较鸡肋， 大部分cases 下 ABA问题 不会影响程序并发的正确性，如果需要解决ABA问题，改用传统的互斥同步可能会比原子类更高效；（干货——CAS操作（比较并交换操作）的ABA问题及其解决方法）

public class LockEliminateTest {
    
    // raw code
    public String concatString(String s1, String s2, String s3) {
        return s1 + s2 + s3;
    }
    
    // javac 转化后的字符串连接操作
    public String concatString(String s1, String s2, String s3) {
        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        sb.append(s1);
        sb.append(s2);
        sb.append(s3);
        return sb.toString();
    }
}

对以上代码的分析（Analysis）：

A1）对于 javac 转化后的字符串连接操作代码： 使用了同步，因为StringBuffer.append() 方法中都有一个同步块，锁就是sb对象。虚拟机观察变量sb，很快就会发现他的动态作用域被限制在 concatString() 方法内部；也就是所 sb 的所有引用都不会逃逸到方法之外；

A2）所以，虽然这里有锁，但是可以被安全地消除掉，在即时编译之后，这段代码就会忽略掉所有的同步而直接执行了；

3）看个荔枝：以下面的代码为例，就是扩展到第一个 append() 操作前直到最后一个 append()操作之后，这样只需要加锁一次就可以了；

// javac 转化后的字符串连接操作
    public String concatString(String s1, String s2, String s3) {
        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        sb.append(s1);
        sb.append(s2);
        sb.append(s3);
        return sb.toString();
    }

http://www.cnblogs.com/pacoson/p/5351355.html

jvm(13)-线程安全与锁优化（转）

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原文地址：http://www.cnblogs.com/softidea/p/5352974.html