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java并发编程

一. 程序，进程，线程

程序：代码实现了功能，就是程序，是静态的
进程：执行中的程序就是进程，是动态的。是操作系统分配资源的最小单位
线程：进程内的一个执行单元，是程序执行的最小单位

二. jvm（java虚拟机）内存划分

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1.堆：存放对象实例

2.方法区：存放类信息，常量，静态变量，jit（即时编译器——某个方法或代码块运行频繁的时候，认为这是热点代码。在字节码到机器码的过程中，就不再逐条解释，而是一次性编译热点代码，并把机器码缓存起来，以备下次使用）

3.虚拟机栈：存放栈帧，每个方法的调用对应着栈帧的压入

4.本地方法栈：为虚拟机使用到的native方法服务

5.程序计数器：下一条指令所在单元地址

三. java内存模型（JMM）

1.概念

线程间通信模型，它是一种规范，是一种抽象的模型。将内存划分为主内存和工作空间。主内存存储共享信息，工作空间存放私有信息。线程修改私有的数据，直接在工作空间修改，对于共享的数据，先从主存读取存放到工作空间，修改后刷新会主存。

2.JMM与对应的硬件模型

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其中寄存器和cache相当于工作空间。工作空间中的数据可能存在于寄存器，cache，内存中。内存中的数据亦是如此。

3.缓存一致性问题

缓存一致性：就是高速缓存中的共享数据保持一致性的机制

（1）解决方案：

①总线加锁：CPU和其它部件进行通信是通过总线来进行的，总线加锁可以保证每次只有一个CPU可以使用内存中的变量。

②缓存一致性协议（MESI）：CPU中每个缓存行使用4种状态进行标记 M:modified修改 E：Exclusive独享 S：shared共享 I：Invalid无效的一个写请求只能在该缓存行是M或E状态才能被执行，如果缓存行处于S状态，必须先将其它缓存种该缓存行编程Invalid状态

四.并发编程的3个特性

1.原子性：一个或多个操作为一个整体，要么全执行，要么全不执行

（1）JMM确保原子性：锁，synchronized来确保

2.可见性：多个线程访问同一变量时，一个线程修改了这个变量的值，其它线程能够立即看到修改的值

（1）JMM确保可见性：锁，sychronized，volatile

3.有序性：程序执行的顺序按代码先后执行（因为可能发生指令重排序）

(1)JMM确保有序性：

①一个线程中的每个操作，happens-before于该线程中的任意后续操作

②程序顺序规则：对一个锁的解锁，happens-before于随后对这个锁的加锁

③监视器锁规则：对一个volatile域的写，happens-before于任意后续对这个volatile域的读

④传递规则：如果A happens-before B，且B happens-before C，那么A happens-before C

⑤start（）规则：如果线程A执行操作ThreadB.start()（启动线程B），那么A线程的ThreadB.start()操作happens-before于线程B中的任意操作

⑥join（）规则：如果线程A执行操作ThreadB.join()并成功返回，那么线程B中的任意操作happens-before于线程A从ThreadB.join()操作成功返回

⑦程序中断规则：对线程interrupt()的调用 happen—before 发生于被中断线程的代码检测到中断时的事件

⑧对象终结规则：一个对象的初始化完成（构造函数执行结束）happen—before它的finalize（）方法的开始

四.synchronized

synchronized可以用在类和方法上

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1.对象的锁，即monitor可以理解为对象的标志位，这个标志存放在java对象的对象头。对象头里的markword存储结构如下：

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2.锁一共有4种状态：无锁状态，偏向锁状态，轻量级锁状态和重量级锁状态。锁可以升级但不能降级

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3.轻量级锁

如果没有实际的锁竞争，那么申请重量级锁是浪费性能的。加锁过程：（1）jvm在当前线程的栈帧中创建用于存储锁记录的空间（2）将对象头中的mark word复制到锁记录中（3）尝试使用cas将对象头中的mark word替换为指向锁记录的指针，成功则获得锁。失败尝试使用自旋操作来获取锁

4.偏向锁：是对轻量级锁的一种优化。它适用于没有竞争且只有一个线程使用锁的情况。（轻量级锁每次申请都需要一次cas，偏向锁只初始化需要一次）偏向锁对象第一次被线程访问时使用CAS把这个线程id记录在对象的mark word中，同时是否偏向锁标志位置1，以后该线程进入和退出同步块时不需要进行加锁和解锁，只需要简单的测试一下对象的mark word中是否存储着该线程id

5.cas：compare and swap ,内存中的值，预期值，新值。内存中的值与预期值相等时才将内存中的值改为新值，否则什么也不做。对于JUC和synchronized的优化都是建立在cas上的

原文 https://segmentfault.com/a/1190000020158085

正文到此结束