线程安全&Java内存模型

目录

• Java内存模型
• 关于线程安全
• Volatile关键字
• Synchronized关键字
• 锁的分类
  • 轻量级锁&重量级锁
  • 可重入锁&不可重入锁
  • 读写锁
  • 乐观锁与悲观锁
    • 乐观锁（适合多读场景）
    • 悲观锁（适合多写场景）
  • CAS无锁机制

Java内存模型

Java内存模型(JMM)主要目标是定义多线程的状况下线程访问变量的规则。

JMM规定线程之间的共享变量存储在主内存中，每一个线程都有一个本地内存（工做内存），本地内存存储了共享变量的副本。

关于线程安全

• 什么是线程安全问题？

  当多个线程同时共享同一个全局变量作写的操做时候，可能会受到其余线程的干扰，致使数据脏读。（数据一致性问题）

• 如何解决线程安全问题？

  核心思想：在同一时刻，只能有一个线程执行。

  经过加锁使线程更加安全，也使程序的执行效率更低。

• 衡量线程安全的3个要素：

  • 原子性：一个操做或者多个操做要么所有执行，要么都不执行
  • 可见性：多个线程访问同一变量，一个线程修改了变量的值，其余线程能够当即看到修改的值
  • 有序性：程序按照代码的顺序前后执行（与指令重排有关）

Volatile关键字

volatile是一种轻量级的同步机制，能够保证可见性【及时将修改的变量刷新到主内存中】，但不能保证原子性，而且禁止重排序。

volatile在多线程下的适用场景：一写多读

volatile如何保证内存可见性？

当一个线程对volatile修饰的变量进行写操做时，该线程中的本地内存的变量会被马上刷新到主内存中。

当一个线程对volatile修饰的变量进行读操做时，该线程直接读取主内存的变量。

volatile可否保证线程安全？

不能，保证线程安全须要同时具有原子性，可见性和有序性。而volatile只能保证可见性和有序性，没法保证原子性。

Synchronized关键字

核心思想：在多线程执行同一个方法时，只有获取到锁，才能进入方法里面执行

使用方式：

• 修饰一个类：其做用的范围是synchronized后面括号括起来的部分，做用的对象是这个类的全部对象；
• 修饰一个方法：被修饰的方法称为同步方法，其做用的范围是整个方法，做用的对象是调用这个方法的对象；
• 修饰一个静态的方法：其做用的范围是整个方法，做用的对象是这个类的全部对象；
• 修饰一个代码块：被修饰的代码块称为同步语句块，其做用范围是大括号{}括起来的代码块，做用的对象是调用这个代码块的对象；

锁的分类

轻量级锁&重量级锁

轻量级锁：手动上锁解锁，扩展性强。表明：Lock

重量级锁：自动上锁解锁，封装程度高。表明：Synchronized

可重入锁&不可重入锁

可重入锁（递归锁）：当一个线程已经获取到锁后，再次请求该锁，就可直接获取。（锁的传递，锁的嵌套）表明：Synchronized，Lock

锁的可重入性避免了大部分死锁状况的产生

不可重入锁：不具有传递性

读写锁

ReentrantReadWriteLock

相对Synchronized效率更高，但在多线程状况下，只支持读读共存，不支持读写，写写。

乐观锁与悲观锁

乐观锁（适合多读场景）

• 思想：认为不会发生线程冲突（本质上是没有锁的）

• 执行流程，先读取数据，而后在更新前检查在读取至更新这段时间数据是否被修改

  • 未修改：直接更新数据
  • 已修改：从新读取，再次提交更新（或者放弃操做）

为何乐观锁适合多读场景？

乐观锁是一种更新前的检查机制，相对于悲观锁来讲在多读场景下能够减小锁的性能开销，对于多写场景，乐观锁会一直进入已修改，从新读取，再次提交的循环，反而带来更多的资源消耗。

悲观锁（适合多写场景）

• 思想：认为必定会发生线程冲突

• 执行流程：读取数据的时候上锁（其余用户没法读取），直到本次数据更新完成才会释放锁。在多写场景下，能保证较高的数据一致性。

【总的来讲，乐观锁回滚重试，悲观锁阻塞事务】

CAS无锁机制

原子类：AtomicBoolean，AtomicInteger，AtomicLong，AtomicReference可保证线程安全，底层使用CAS无锁机制

CAS：Compare and Swap，比较再交换，属于乐观锁的一种

• CAS原理

  CAS包含3个参数，CAS（V，E，N），V：主内存的变量值，E：本地内存修改前的值，N：本地内存修改后的值

  比较主内存的值和本地内存修改前的值是否一致，若一致，将修改后的值刷新到主内存，若不一致，当前线程放弃更新，将主内存数据刷新到本地内存，再次重试。

• 优势：非阻塞，不会发生死锁状况，效率更高

• 缺点：ABA问题（能够经过加入版本号来区分变量是否被修改）