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java 如何保证线程安全 #134

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什么是线程安全?:(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。)

1、互斥同步:互斥同步是常见的一种并发正确性保障手段。 同步是指在多个线程并发访问共享数据时,保证共享数据在同一个时刻只被一个(或者是一些,使用信号量的时候)线程使用。而互斥是实现同步的一种手段,临界区、互斥量、信号量都是主要的互斥实现方式。互斥是方法,同步是目的。[在Java中,最基本的互斥同步手段就是synchronized关键字,synchronized关键字经过编译后,会在同步块的前后分别形成monitorenter和monitorexit这两个字节码指令,这两个字节码都需要一个reference类型的参数来指明要锁定和解锁的对象。如果Java程序中synchronized明确制定了对象参数,那就是这个对象的reference;如果没有明确指定,那就根据synchronized修饰的是实例方法还是类方法,去取对应的对象实例或Class对象来作为锁对象。]

2、非阻塞同步:互斥同步最主要的问题就是进行线程阻塞和唤醒带来的性能问题,因此这种同步也成为阻塞同步。非阻塞同步是先进行操作,如果没有其他线程争用共享数据,那操作就成功;如果数据有争用,产生了冲突,那就采取其他的补偿措施。

3、自旋锁与自适应锁:共享数据的锁定状态只会持续很短的一段时间,为了这段时间去挂起和恢复线程并不值得。如果物理机器有一个以上的处理器,能让两个或以上的线程同时并行执行,我们就可以让后面请求锁的那个线程“稍等一下”,但不放弃处理器的执行时间,看看持有锁的线程是否很快就会释放锁。为了让线程等待,我们只需让线程执行一个忙循环(自旋),这项技术就是所谓的自旋锁。自旋等待不能代替阻塞,虽然避免了线程切换的开销,但是还要占用处理器时间的。如果锁被占用的时间很长,那么自旋的线程只会白白消耗处理器资源。自适应的自旋锁指的是由前一次在同一个锁上的自选时间及锁的拥有者的状态来决定。如果在同一个锁对象上,自旋等待刚刚成功获得过锁,并且持有锁的线程正在运行中,那么虚拟机就会认为这次自旋也很有可能再次成功,进入它将允许自旋等待持续相对更长的时间。

4、锁消除:如果判断在一段代码中,堆上的所有数据都不会逃逸出去从而被其他线程访问到,那就可以把它们当做栈上数据对待,认为它们是线程私有的,同步加锁自然无需进行。

5、锁粗化:如果虚拟机探测到有这样一串零碎的操作都对同一个对象加锁,将会把加锁同步的范围扩展(粗化)到整个操作序列的外部,例如上述代码,扩展第一个append()操作之前直至最后一个append()操作之后,这样只需加锁一次。

6、轻量级锁是JDK 1.6之中加入的新型锁机制,它名字中的“轻量级”是相对于使用操作系统互斥量来实现的传统锁而言的,因此传统的锁机制就被称为“重量级”锁。首先需要强调一点的是,轻量级锁并不是用来代替重量级锁的,它的本意是在没有多线程竞争的前提下,减少传统的重量级锁使用操作系统互斥量产生的性能消耗。 HotSpot虚拟机的对象头(Object Header)分为两部分信息,第一部分用于存储对象自身的运行时数据,如哈希码,GC分代年龄,称为“MarkWord”。它是实现轻量级锁和偏向锁的关键。另一部分用于存储指向方法区对象类型数据的指针。