8.3笔记（多线程1）

并发编程的三要素

• 原子性

  单个线程的内部操作，要么都完成；要么都不完成

• 可见性

  是指多个线程操作一个变量时，其中一个线程对变量进行修改后，其他线程会立刻看到最新的结果

  通常使用synchronized或者Lock来保证一个时刻只用一个线程获取锁，得到锁才能去获取资源。在锁释放之前会把新的值刷新到主内存，从而实现共享变量的可见性

• 有序性

  按照程序的执行顺序要按照代码的顺序

synchronized，Lock，volatile

首先在java的内存模型中，每个线程内部都有一份本地内存，而这这些本地内存可以看作主内存的备份，本地内存也是线程的工作空间。当线程操作完成后，会把变量的值刷新到主内存。

1. volatile：类型修饰符。他的作用是用来修饰不同线程操作的变量，

   • 保证了不同线程对变量操作的可见性
   • 禁止指令重排

   //线程1
   boolean stop =false;
   while(!stop){
       doSomething();
   }
   

   //线程2
   stop =true;
   

   比如在线程1执行时，想用线程2去中断线程1。因为每个线程都有自己的工作内存，虽然线程2修改了stop，但是仅仅是在线程2的工作内存修改了值，并没有刷新到主内存，所以对线程1并没有任何影响。

   但是！如果stop被volatile修饰了：

   • 首先volatile会强制把修改的值写入到主内存
   • 被volatile后，线程2修改了stop的值；线程1的stop的值直接无效，要重新去主内存中获取stop的值
   • 所以线程1就可以得到最新的值

   加入volatile关键字后，生成的汇编代码会多出一个lock的前缀指令

   这个前缀指令（又叫内存栅栏）的功能有：

   • 它确保了指令重排不会把后面的指令排到内存屏障之前的位置；也不会拍到内存屏障之后的位置；在执行这条内存屏障时，它前面的指令均已执行完毕
   • 它会强制把工作缓存的修改操作到主内存中
   • 如果是写操作，会导致其他的CPU中对应的缓存无效

2. synchronized：通常放在范围操作符（public等）之后，和返回类型之前

   使用synchronized的原因：保证了只用一个线程可以执行某个代码块和函数，也保证了可见性

   使用方法

   • 在方法上加锁
   • 在对象上加锁
   • 在一个代码块前加锁

   wait() 与notify()/notifyAll()：

   1. wait()：释放当前的锁，线程进入等待池并释放CPU，其他的线程也可以竞争这把锁；而sleep()不同，它会先让线程进入休眠阶段，也会暂时释放CPU但是不会释放锁，也就是说在休眠时期，别的线程是无法竞争锁的。当休眠结束，线程会重新获取CPU，回归到运行态
   2. notify()：会唤醒调用过wait()的线程，把该线程放进等待池中，从而获得竞争锁的权力；否则是不能去竞争锁的。notify的作用就是唤醒线程，就是把线程从等待池移动到锁池
   3. notifyAll()：和notify作用相同，只不过它把全部线程都唤醒了，而notify只是会随机唤醒一个等待池里的线程

   synchronized的优化：

   synchronized的最大特征在于同一时刻只有一个线程进入临界区，即排他性。由于排他性的效率的低下，所以通过减少获取锁的是时间就可以对synchronized进行优化通过CAS操作

   CAS操作：

   1. 概念：通常线程获取锁采取了悲观锁的策略（假设每一次进入临界区都会有冲突），而CAS是一种乐观锁策略（所有线程在访问共享资源都不会产生冲突），以这种策略下，即使出现了冲突，线程也不会出现阻塞停顿的情况
   2. 应用：CAS有3个操作数，当且仅当A和V相同时才会修改B的值
      • V：内存值
      • A：旧的预期值
      • B：要修改的新值
   3. 缺点
      • ABA问题：因为CAS要在操作值的时候检查值知否发生改变，如果改变才会更新。但是如果A变化到B，B有变回了A，那么CAS检查的结果就是没有变化，但是它是经过变化的，中间过程不能被忽略。解决ABA的思想就是就是使用版本号，在变量前面加上版本号，每次更新都加一
      • 循环时间开销大：由于CAS是实现自旋锁的基础，就是无限循环，只有当操作成功CAS返回true后才会结束循环。那么如果CAS一直都不成功，就会给CPU带来巨大的开销。我们可以使用pause指令来提高效率
      • 只能保证一个共享变量的原子操作：CAS只能保证一个共享变量的原子性，但是无法保证多个循环变量的原子性。我们可以通过把多个变量合并成一个变量（java的封装）

3. Lock：除了实现了synchronized类似的同步，也提供了比synchronized更灵活的API的实现

   

   • AQS：Lock实现线程安全的核心在于 AQS，AQS提供了一个FIFO队列，就是一个实现锁和同步功能的框架。

     AQS分为独占和共享两种

     • 在独占模式下，每次只能有一个线程持有锁
     • 在共享模式下，允许有多个线程同时获取锁

     AQS的内部实现：

     AQS内部依赖一个同步队列（FIFO双向队列）来管理同步状态的管理，当线程获取同步状态失败后，同步器会把当前线程的所有信息构造成一个节点并加入同步队列，同时阻塞当前线程