Java笔记——Java并发

进程和线程的区别

进程是操作系统分配资源（进程id、虚拟内存，文件、socket资源等等）的最小单元；

线程是操作系统进行任务调度的最小单元，线程隶属于进程。

1，Java如何开启线程？怎么保证线程安全？

开启线程的方法：

1）继承Thread类，实现run方法，调用start方法；

2）实现Runnable接口，实现run方法，通过Thread类或者线程池类启动；

3）实现Callable接口，实现call方法，通过FeatureTask创建线程，可以获取执行结果；

4）通过线程池启动线程。

保证线程安全的方法：

加锁，保证线程的可见性，串行修改共享资源

1）使用JVM提供的锁，即使用synchronized关键字；

2）使用JDK提供的锁，实现了Lock接口的锁，可重入锁，读写锁等。

2，synchronized

Java中每一个对象都是锁，synchronized使用的锁保存在对象头的Mark Word中

synchronized使用有三种形式：

1）修饰普通成员方法，锁是当前实例对象；

2）修饰静态成员方法，锁是当前类的class对象；

3）synchronized代码块，锁是括号中指定的对象。

使用sychronized，加锁和解锁是自动完成的；退出同步方法块，或者同步方法块内抛出异常，会自动释放锁。

在早期（JSE1.6之前的版本）synchronized采用操作系统内核API实现加锁和解锁，性能开销比较高，被称为重量级锁；JSE1.6之后对synchronized进行极大的优化，引入偏向锁、轻量级锁，加锁和解锁性能损耗得到很大的改善。随着锁竞争程度的增加，synchronized使用的锁会从偏向锁升级到轻量级锁，进而升级到重量级锁，锁升级之后不能降级。

Java对象头

32位JVM，1个字是32位；64位虚拟机，1个字是64位。

数组对象，占用3个字宽；

非数组对象，占用2个字宽。

对象头的结构

长度	内容	说明
1个字宽	Mark Word	存hashCode或锁信息等
1个字宽	Class metadata Address	存对象类型数据的指针
1个字宽	Array Length	如果是数组对象，存数组的长度

对象头Mark Word的结构

锁状态		4bit	1bit 是否是偏向锁	2bit 锁标志位
无锁状态		分代年龄	0	01
偏向锁	线程ID+epoch	分代年龄	1	01
轻量级锁	指向栈中锁记录的指针			00
重量级锁	指向互斥量（重量级锁）的指针			10
GC标记	空			11

对象头里锁的状态不同，对象头Mark Word里各个位存的信息也不同。

偏向锁

大多数情况下，锁不仅不存在竞争，而且总是被同一个线程获得。

在没有竞争的情况下，synchronized使用偏向锁。

轻量级锁

在竞争比较小的时候，synchronized的锁会升级到轻量级锁。

轻量级锁在获取锁不成功的时候，线程不会阻塞，而是自旋，通过CAS操作尝试获取锁。自旋会消耗CPU，当一定次数的自旋还是获取不到锁时，synchronized会将锁升级为重量级锁，线程获取锁不成功时会阻塞等待，同时让出CPU。

synchronized锁的优缺点

锁	优点	缺点	使用场景
偏向锁	加锁和解锁不需要额外的开销，纳秒级可以忽略不计	存在竞争时会发生锁撤销带来开销	只有一个线程访问同步块（单例模式初始化实例）
轻量级锁	竞争的线程不会阻塞，提高了响应速度	如果始终得不到锁，自旋会消耗CPU	追求响应时间 同步块执行非常快
重量级锁	竞争的线程阻塞不自旋，不消耗CPU	线程阻塞，响应速度慢	追求吞吐量 同步块执行比较长

Java对象内存布局

使用openjdk的jol-core工具包

    org.openjdk.jol
    jol-core
    0.10

场景一

第一次输出是无锁状态；第二次输出是轻量级锁状态。

场景二

 

第一次输出是无锁状态；第二次o2并没有加锁，输出偏向锁状态，但是Mark Word没有记录持有锁的线程id；第三次o2加锁后，输出偏向锁状态，Mark Word有记录持有锁的线程id。第四次同步代码块执行完之后o2上的锁应该已经释放，但是仍然输出的是偏向锁状态，Mark Word也记录着线程id，并没有撤销锁，注意当存在其他线程竞争时才会撤销偏向锁，如果竞争激烈会升级到轻量级锁或者重量级锁。

关于第二次输出结果的说明，JVM的一个特性

synchronized不响应中断异常

synchronized获取锁时，如果没有竞争到锁线程阻塞后，不会响应中断异常。

JDK中实现Lock接口的锁，使用lockInterruptibly方法能够响应中断异常。