锁策略, cas 和 synchronized 优化过程

1.1 常見的鎖策略

1. 預測鎖衝突概率

• 樂觀鎖：加鎖的時候，假設出現鎖衝突的概率不大。圍繞加鎖做的工作會更少。

• 悲觀鎖：加鎖的時候，假設鎖出現衝突的概率很大。圍繞加鎖做的工作會更多。

• synchronized “自適應” 初始是樂觀的。鎖衝突達到一定程度就會轉變爲悲觀的。

1. 加鎖開銷（時間開銷）

• 重量級鎖

• 輕量級鎖

• 挂起等待鎖：悲觀鎖/重量級鎖的一種典型實現。讓出cpu資源，過一段時間通過其他途徑得知，再伺機而動。

• 自旋鎖：樂觀鎖/輕量級鎖的一種典型實現。忙等，等待過程中不釋放cpu資源，反復檢測鎖是否被釋放。一旦釋放立即有機會獲取到鎖。

• 公平鎖：先來後到

• 非公平鎖：synchronized ，剩下的都公平競爭

• 可重入鎖 1）記錄當前是哪個綫程使用這個鎖 2）在加鎖是判定，申請當時鎖的綫程是否就是鎖的持有者綫程 3）計數器，記錄加鎖次數，從而確定何時真正釋放鎖

• 不可重入鎖

• 死鎖問題：針對一把鎖連續兩次加鎖就可能出現死鎖，可以把鎖設置成“可重入鎖”

1. 讀寫鎖

• synchronized并非是讀寫鎖

• 把加鎖操作分爲“讀加鎖”和”寫加鎖“，提供了兩種加鎖api，解鎖的api相同。

• 如果，多个线程，同时读这个变量，没有线程安全问题。但是，一个线程读/一个线程写或者两个线程都写就会产生问题，

• 如果两个线程，都是按照读方式加锁，此时不会产生锁冲突。如果两个线程，都是加写锁，此时会产生锁冲突。如果一个线程读锁，一个是写锁，也会产生锁冲突。

• 系統内置鎖，可重入讀寫鎖ReentrantReadWriteLock。内部類ReentrantReadwriteLock.ReadLock/ReentrantReadWriteLock.WriteLock。lock/unlock方法。

1.2 synchronized原理

• 乐观悲观自适应

• 重量轻量，自适应

• 自旋挂起等待，自适应

• 非公平锁

• 可重入锁

• 不是读写锁

• 鎖升級：刚开始使用synchronized加锁，首先锁会处于“偏向锁”状态。遇到线程之间的锁竞争，升级到“轻量级锁“。进一步的统计竞争出现的频次，达到一定程度之后，升级到“重量級锁”。

• synchronized加锁的时候，会经历无锁=>偏向锁=>轻量级锁=>重量级锁。出現競爭/競爭激烈。鎖升級對當前jvm來説不可逆。

• 偏向鎖不是真鎖，只是做個標記，比較輕量高效。

• 鎖消除。（編譯器優化策略）

• 鎖粗化。（編譯器優化策略）。鎖的粒度。synchronized{}裏代碼越多，粒度越粗。把多個”細粒度“的鎖合并成”粗粒度“的鎖。

1.3 CAS

• compare and swap

• 比较内存和cpu寄存器中的内容.如果发现相同，就进行交换（交换的是内存和另一个寄存器的内容）

• 比较内存和寄存器1中的值，是否相等如果不相等，就无事发生。如果相等，就交换内存和寄存器2的值

• 此处一般只是关心，内存交换后的内容。不关心寄存器2交换后的内容。相當於”賦值“

• 一個cpu指令就能完成。可以寫”無鎖化編程“。

• 使用場景：

  • 基於CAS實現”原子類“。對int/long等類型進行封裝，從而可以原子地完成++等操作。標準庫裏也有。

    package thread;
    ​
    import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
    ​
    public class Demo34 {// private static int count = 0;private static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
    ​public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread t1 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 50000; i++) {count.getAndIncrement();  // count++
    //                count.incrementAndGet();  // ++count
    //                count.getAndDecrement();  // count--
    //                count.decrementAndGet();  // --count
    //                count.getAndAdd(10);        // count+= 10}});Thread t2 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 50000; i++) {// count++;count.getAndIncrement();}});t1.start();t2.start();t1.join();t2.join();
    ​// 通过 count.get() 拿到原子类内部持有的真实数据.System.out.println("count = " + count.get());}
    }