多线程与高并发（二）--synchronized，volatile，CAS

synchronized底层

• JDK早期的实现是重量级锁（向操作系统申请锁）。
• Hotspot实现（锁升级）
  1. 首先在锁的markword上记录第一个访问的线程ID，并没有上锁（偏向锁）。
  2. 如果有线程争用，升级为自旋锁。
  3. 默认旋10次之后升级为重量级锁，未获得锁的线程进入等待队列。
  4. 可参考http://ifeve.com/java-synchronized/

　　引申：

• • 在Hotspot锁只能升级，不能降级。
  • 自旋锁只占用CPU，不访问操作系统。在用户态解决锁问题，不经过内核态，加解锁效率比重量级锁效率高。
  • 执行时间长以及线程多的时候尽量使用重量级锁。

synchronized 优化

1. 锁细化：同步代码块中的语句越少越好。
2. 锁粗化：如果一个方法中加了很多锁，这时把整个方法上锁性能会提高很多。
3. 锁对象要加final

Volatile

1. 保证线程可见性
   • 所有线程共享堆内存，另外每个线程都有自己的工作内存。当线程要访问堆内存中的数据时，会把堆内存中的数据copy到线程的工作内存，对该变量的改变是在工作内存的进行改变。线程对变量的更改，没有及时的反应到其他线程，导致线程之间数据不可见。
   • 变量加上volatile关键字之后，能够保证一个线程修改变量之后，其他线程及时可以发现。
   • volatile本质上使用了CPU的缓存一致性协议（MESI）。
2. 禁止指令重排序
   • CPU为了提高执行效率，会并发的执行指令。使用volatile之后，CPU不会进行重排序。
     • DCL单例（Double Check Lock）

       package designPatterns;
       
       public class DCLSingleTon {
       
           private volatile static DCLSingleTon dclSingleTon;
       
           private DCLSingleTon() {
           }
       
           public static DCLSingleTon getInstance() {
               // 外层的判断不能去掉，可以显著提高效率
               if (dclSingleTon == null) {
                   synchronized (DCLSingleTon.class) {
                       if (dclSingleTon == null) {
                           /**
                            * 经过编译之后分为三步
                            * 1.分配内存，给变量赋默认值
                            * 2.成员变量初始化
                            * 3.把内存赋值给dclSingleTon
                            * 如果发生指令重排序，可能会发生2和3交换
                            * 这时dclSingleTon已经不是null，新来的线程就会直接获得未初始化成员变量的instance
                            */
                           dclSingleTon = new DCLSingleTon();
                       }
                   }
               }
               return dclSingleTon;
           }
       }

3. 不能保证原子性

 CAS（Compare And Swap）

• cas(V, Expected, NewValue)
  • if V == Expected

　　　　　　V = NewValue

　　　　　　otherwise try again or fail

• • concurrent包中的cas是CPU原语支持，执行过程不会被打断
• ABA问题

  • 当前线程的CAS操作无法分辨当前V值是否发生过变化。比如在你非常渴的情况下你发现一个盛满水的杯子，你一饮而尽。之后再给杯子里重新倒满水。然后你离开，当杯子的真正主人回来时看到杯子还是盛满水，他当然不知道是否被人喝完重新倒满。

  • 可以通过加版本号解决。
• LongAdder与AtomicLog比较
  • 两者都是使用的CAS操作来进行增减
  • 不同点在于LongAdder内部是分段锁。