Java并发编程的艺术-初步读书记录（持续更新。。。）

并发编程的挑战

1. 上下文切换（减小）
• 无锁并发编程
• 避免使用锁，如将数据的ID按照Hash算法取模分段，不一样的线程处理不一样段的数据。（segement）
• CAS算法：Java的Atomic包使用CAS算法更新数据，不须要加锁。Compare and swap
• 使用最少线程：避免建立不须要的线程。
• 协程：在单线程里实现多任务的调度，并在单线程里维持多个任务的切换。（缺实例说明）
2. 死锁
• 避免死锁
• 避免同一个线程同时获取多个锁。
• 避免一个线程在锁内同时占有多个资源，尽可能保证每一个锁都只占用一个资源。
• 尝试使用定时锁，使用lock.tryLock(timeout)来替代内部锁机制。(待尝试)
• 对于数据库加锁，加锁和解锁必须在一个数据库链接里，不然会出现链接失败的状况。
3. 资源限制

Java并发机制的实现

1. volatile的应用
• volatile的定义和实现
• 定义：Java编程语言容许线程访问共享变量，为了确保共享变量能被准确和一致地更新，线程应该确保经过排他锁单独得到这个变量。Java提供了volatile，在某些状况下比锁要更加方便。若是一个字段被声明成volatile，Java线程内存模型确保全部线程看到这个变量的值是一致的。
• 实现原则：
• Lock前缀指令会引发处理器缓存回写到内存。
• 一个处理器的缓存回写到内存会致使其余处理器的缓存无效。
2. synchronized的实现原理及应用
• synchronized实现同步的基础：Java中的每个对象均可以当作锁。具体表现为：
• 对于普通同步方法，锁是当前实例对象。
• 对于静态同步方法，锁是当前类的Class对象。
• 对于同步方法块，锁是Synchronized括号里配置的对象。
• Java对象头
• synchronized用的锁是存在Java对象头里的。若是对象是数组类型，则虚拟机用3个字宽(Word)存储对象头，不然是2个字宽。32位虚拟机中，1字宽等于4字节。
• (待处理图片)
• 锁的升级与对比
• JavaSE1.6加入了"偏向锁"和"轻量级锁"。锁4种状态从低到高为：无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态和重量级锁状态，状态会随竞争状况升级。锁能够升级但不能降级，目的是提升得到锁和释放锁的效率。
• 锁的优缺点对比：

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3. 原子操做的实现原理
• 即为不可中断 的一个或者一系列操做。

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4. Java如何实现原子操做
• 使用循环CAS实现原子操做
• CAS实现原子操做的三大问题
• ABA问题：cas在操做值的时候须要检查值有没有发生变化，没有变化则更新，但若是一值原理为A，变成B后又变成A，使用CAS检查时发现值没有变化，但实际上却发生了变化。ABA问题的解决思路就是增长版本号，在变量前面加上版本号，每次变化则加1，那么A-B-A则变为1A-2B-3A。Java1.5开始，JDK的Atomic包里提供了AtomicStampedReference来解决ABA问题。这个类的compareAndSet方法的做用是首先检查当前引用是否等于预期引用，而且检查当前标志是否等于预期标志，所有相等则以原子方式将改引用和该标记的值设置为给定的更新值。
• 循环时间长开销大：自旋CAS长时间不成功，会给CPU带来很是大的执行开销。（优化：使用JVM支持处理器的pause命令）
• 只能保证一个共享变量的原子操做：当对一个共享变量操做时，可使用循环CAS的方式保证原子操做，但对于多个共享变量时，没法保证原子性，这时用锁。 其余办法:将多个共享变量合并成一个用CAS操做。1.5后用AtomicReference来操做保证。
• 使用锁机制来实现原子操做

Java内存模型

1. Java内存模型的基础
• 并发编程模型的两个关键问题
• 线程之间如何通讯
• 命令式编程中，通讯方式有两种：共享内存和消息传递。在共享内存的并发模型里，线程之间共享程序的公共状态，经过写-读内存中的公共状态进行隐式通讯。在消息传递的的并发模型里，线程之间没有公共状态，线程之间经过消息传递来显示进行通讯。
• 线程以前如何同步
• 同步是指程序中用于控制不一样线程间操做发生相对顺序的机制。在共享内存的并发模型中，同步是显示进行的。
• Java采用的是共享内存模型，通讯是隐式进行的。
• Java内存模型的抽象结构
• 在Java中，全部实例域、静态域和数组元素都存储在堆内存中，堆内存在线程之间共享局部变量，方法定义参数和异常处理器参数不会在线程之间共享，它们不会有内存可见性问题，也不受内存模型的影响。
• Java线程之间的通讯由Java内存模型（JMM）控制，JMM决定一个线程对共享变量的写入什么时候对另外一个线程可见。从抽象的角度来看，JMM定义了线程和主内存之间的抽象关系：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私有的本地内存，本地内存中存储了该线程以读/写共享变量的副本。本地内存是JMM的一个抽象概念，并不真实存在。它涵盖了缓存、写缓冲区、寄存器以及其余的硬件和编译器优化。Java内存模型的抽象示意如图3-1所示：

   

• 从图3-1看到，若是A和B线程之间须要通讯的时候，必须经历下面2个步骤
• 一、线程A把本地内存A中更新过的共享变量刷新到主内存中去。
• 二、线程B到主内存中读取线程A以前已更新过的共享变量。
• 过程如图所示

   

• 总结：JMM经过控制主内存与每一个线程的本地内存之间的交互，来为Java提供内存可见性保证。
• 从源代码到指令序列的重排序
• 在执行程序时，为了提升性能，编译器和处理器经常会对指令进行重排序，分为如下3种
• 编译器优化的重排序：编译器在不改变单线程程序语义的前提下，能够从新安排语句的执行顺序。
• 指令级并行的重排序： 现代处理器采用了指令级并行技术来将多条指令重叠执行。若是不存在数据依赖性，处理器能够改变语句对应机器指令的执行顺序。

• 内存系统的重排序： 因为处理器使用缓存和读/写缓冲区，这使得加载和存储操做看上去多是在乱序执行。