[Java并发编程之美]第2章并发编程的其他基础知识补充知识

基本概念

并行与并发

并行：单位时间内多个任务同时执行（多核CPU）。

并发：同一时间段内多个任务同时都在执行（CPU时间片轮转）。

线程安全性问题

线程安全问题：指多个线程同时读写一个共享资源而没有同步措施时，导致出现脏数据或其他不可预见结果的问题。

保证线程安全方法：线程同步。

内存可见性问题

主内存：真正的内存。

工作内存：各级缓存，以及CPU的寄存器。

共享变量内存不可见问题：

例：线程A和线程B同时处理一个共享变量，由于缓存的存在，会导致内存不可见问题：

A写变量X=1 =>线程A所在的CPU的两级Cache和主内存里面X=1；

B读变量X =>线程A所在的CPU的两级Cache里面X=1;

B写变量X =>线程B所在的CPU的两级Cache和主内存里面X=2；

A读变量X =>由于线程A所在的CPU缓存中有X，所以读到X=1，是错误的。

synchronized与volatile关键字

一、 synchronized

synchronized是Java语法中的一个内置锁的实现。synchronized关键字解决了代码块或者方法上的同步问题，同一时间，只有一个线程能够通过并执行。保证线程安全：内存可见性和原子性提供了并发场景的一个共享资源访问的解决方案。

当我们说synchronized锁住的是一个JVM对象时，真正发挥作用的是对象头上所指向的monitor对象（监视器机制：Java锁的底层实现）。

synchronized有两种作用域：方法或代码块

1.作用域为方法:这种作用域下，锁住的对象为this，也就是当前对象；如果方法是静态的，锁住的是当前的Class类对象。

public synchronized void synchronizeMethod() {

    // do sth

}

2.作用域为代码块:锁住的对象为synchronized之后指定的对象，下例中即为resource。

public static void main() {

    synchronized(resource) {

        // do sth

    }

}

在真正执行的时候，两者都是会去获取底层monitor锁(监视器锁)执行。

二、volatile

volatile只能够用于修饰变量。

它能够保证的是，变量在程序执行过程中的可见性和有序性，它不能保证变量的原子性。

1、可见性，但不保证原子性：

第一，被volatile修饰的变量，一旦有修改，会立即刷新到主内存里面。

第二，被volatile修饰的变量，一旦被一个线程修改了，其他线程马上就能够读到这个变量修改后的值（即与主内存同步）。

它不能保证变量的原子性。它只是保障了变量在读/写操作的时候，具有原子性，但是无法保证变量在任何操作的时候是原子的。例如，在多线程的场景下，一旦有多个线程同时来执行i++，即使是使用volatile修饰的变量i，也是无法保证i++执行的正确性，因为涉及到读+写。

2、有序性：

关键在于多个内存读写操作有没有被CPU硬件以及编译器软件调换顺序。

以如下代码段为例，

//线程A

1. succ=false

2. i=10

3. doSomething()

4. i=20

5. succ = true

// 线程B

6. if (succ) {

7.     doSomethingB();

8. }

若succ未用volatile修饰，则可能的执行顺序为15234，succ提前置为true可能会造成线程B出现问题。

若succ使用volatile修饰，就会严格按照步骤1，中间步骤2_{4，步骤5，来执行，这里面的中间步骤2}4顺序究竟如何，不用去管，但是它一定会等到中间步骤都执行完毕才去执行最后一个步骤。这就是volatile所保证的有序性。

三、synchronized与volatile关键字的理解

synchronized和volatile都是用于解决线程同步问题的java关键字，它们都能够一定程度上解决资源在多线程场景下的同步问题，单线程场景下，它们的优势发挥不出来，只能增加性能负担。
synchronized是一个重量级相对较高的锁操作，它占用的资源更多，性能更低，但是在多线程环境下更为安全，能够保证某段代码块只能只能够串行执行。其背后的原理，是Java利用Monitor锁机制，来实现对线程调度的控制。
volatile则是一个轻量级的操作，性能相对较好，但是性能要好上多少需要根据具体情况具体分析；它只能保证变量的可见性以及在代码执行中的有序性，并不能保障操作的原子性，也不能保证线程安全。
使用volatile的场景：写入变量值不依赖变量的当前值。因为如果依赖当前值，则需要保证读+计算+写的原子性。

四、参考链接

https://bbs.byr.cn/#!article/Java/63393