蓝鸥上海Java培训之Java多线程与并发学习总结第二部分

接蓝鸥上海Java培训之Java多线程与并发学习总结第一部分，蓝鸥上海Java培训继续分享。

11、锁优化

1.1.     自旋锁

为了让线程等待，让线程执行一个忙循环(自旋)。需要物理机器有一个以上的处理器。自旋等待虽然避免了线程切换的开销，带它是要占用处理器时间的，所以如果锁被占用的时间很短，自旋等待的效果就会非常好，反之自旋的线程只会白白消耗处理器资源。自旋次数的默认值是10次，可以使用参数-XX:PreBlockSpin来更改。

自适应自旋锁：自旋的时间不再固定，而是由前一次在同一个锁上的自旋时间及锁的拥有者的状态来决定。

1.2.     锁清除

指虚拟机即时编译器在运行时，对一些代码上要求同步，但是被检测到不可能存在共享数据竞争的锁进行清除(逃逸分析技术：在堆上的所有数据都不会逃逸出去被其它线程访问到，可以把它们当成栈上数据对待)。

1.3.     锁粗化

如果虚拟机探测到有一串零碎的操作都对同一个对象加锁，将会把加锁同步的范围扩展到整个操作序列的外部。

HotSpot虚拟机的对象的内存布局：对象头(Object Header)分为两部分信息吗，第一部分(Mark Word)用于存储对象自身的运行时数据，另一个部分用于存储指向方法区对象数据类型的指针，如果是数组的话，还会由一个额外的部分用于存储数组的长度。

32位HotSpot虚拟机中对象未被锁定的状态下，Mark Word的32个Bits空间中25位用于存储对象哈希码，4位存储对象分代年龄，2位存储锁标志位，1位固定为0。

HotSpot虚拟机对象头Mark Word

1.4.轻量级锁

在代码进入同步块时，如果此同步对象没有被锁定，虚拟机首先将在当前线程的栈帧中建立一个名为锁记录(Lock Record)的空间，用于存储所对象目前的Mark Word的拷贝。然后虚拟机将使用CAS操作尝试将对象的Mark Word更新为执行Lock Record的指针。如果成功，那么这个线程就拥有了该对象的锁。如果更新操作失败，虚拟机首先会检查对象的Mark Word是否指向当前线程的栈帧，如果是就说明当前线程已经拥有了这个对象的锁，否则说明这个对象已经被其它线程抢占。如果有两条以上的线程争用同一个锁，那轻量级锁就不再有效，要膨胀为重量级锁。

解锁过程：如果对象的Mark Word仍然指向着线程的锁记录，那就用CAS操作把对象当前的Mark Word和和线程中复制的Displaced Mark Word替换回来，如果替换成功，整个过程就完成。如果失败，说明有其他线程尝试过获取该锁，那就要在释放锁的同时，唤醒被挂起的线程。

轻量级锁的依据：对于绝大部分的锁，在整个同步周期内都是不存在竞争的。

传统锁(重量级锁)使用操作系统互斥量来实现的。

1.5. 偏向锁

目的是消除在无竞争情况下的同步原语，进一步提高程序的运行性能。锁会偏向第一个获得它的线程，如果在接下来的执行过程中，该锁没有被其它线程获取，则持有锁的线程将永远不需要再进行同步。

当锁第一次被线程获取的时候，虚拟机将会把对象头中的标志位设为01，同时使用CAS操作把获取到这个锁的线程的ID记录在对象的Mark Word之中，如果成功，持有偏向锁的线程以后每次进入这个锁相关的同步块时，都可以不进行任何同步操作。

当有另一个线程去尝试获取这个锁时，偏向模式就宣告结束。根据所对象目前是否处于被锁定的状态，撤销偏向后恢复到未锁定或轻量级锁定状态。

12.    内核态和用户态

操作系统的两种运行级别，intel cpu提供-Ring3三种运行模式。

Ring0是留给操作系统代码，设备驱动程序代码使用的，它们工作于系统核心态；而Ring3则给普通的用户程序使用，它们工作在用户态。运行于处理器核心态的代码不受任何的限制，可以自由地访问任何有效地址，进行直接端口访问。而运行于用户态的代码则要受到处理器的诸多检查，它们只能访问映射其地址空间的页表项中规定的在用户态下可访问页面的虚拟地址，且只能对任务状态段（TSS）中I/O许可位图（I/O Permission Bitmap）中规定的可访问端口进行直接访问。

13.    常用方法

1.1.     object.wait()：

在其他线程调用此对象的notify()或者notifyAll()方法，或超过指定时间量前，当前线程T等待(线程T必须拥有该对象的锁)。线程T被放置在该对象的休息区中，并释放锁。在被唤醒、中断、超时的情况下，从对象的休息区中删除线程T，并重新进行线程调度。一旦线程T获得该对象的锁，该对象上的所有同步申明都被恢复到调用wait()方法时的状态，然后线程T从wait()方法返回。如果当前线程在等待之前或在等待时被任何线程中断，则会抛出 InterruptedException。在按上述形式恢复此对象的锁定状态时才会抛出此异常。在抛出此异常时，当前线程的中断状态被清除。

只有该对象的锁被释放，并不会释放当前线程持有的其他同步资源。

1.2. object.notify()

唤醒在此对象锁上等待的单个线程。此方法只能由拥有该对象锁的线程来调用。

1.3. Thread.sleep()

在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠（暂停执行），此操作受到系统计时器和调度程序精度和准确性的影响。监控状态依然保持、会自动恢复到可运行状态，不会释放对象锁。如果任何线程中断了当前线程。当抛出InterruptedException异常时，当前线程的中断状态被清除。让出CPU分配的执行时间。

thread.join()：在一个线程对象上调用，使当前线程等待这个线程对象对应的线程结束。

Thread.yield()：暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程。

thread.interrupt()

中断线程，停止其正在进行的一切。中断一个不处于活动状态的线程不会有任何作用。

如果线程在调用Object类的wait()方法、或者join()、sleep()方法过程中受阻，则其中断状态将被清除，并收到一个InterruptedException。

Thread.interrupted()：检测当前线程是否已经中断，并且清除线程的中断状态(回到非中断状态)。

thread.isAlive()：如果线程已经启动且尚未终止，则为活动状态。

thread.setDaemon()：需要在start()方法调用之前调用。当正在运行的线程都是后台线程时，Java虚拟机将退出。否则当主线程退出时，其他线程仍然会继续执行。

14.    其他

1）当调用Object的wait()、notify()、notifyAll()时，如果当前线程没有获得该对象锁，则会抛出IllegalMonitorStateException异常。

1）如果一个方法申明为synchronized，则等同于在这个方法上调用synchronized(this)。

如果一个静态方法被申明为synchronized，则等同于在这个方法上调用synchronized(类.class)。当一个线程进入同步静态方法中时，其他线程不能进入这个类的任何静态同步方法。

3）线程成为对象锁的拥有者：

①　通过执行此对象的同步实例方法

②　通过执行在此对象上进行同步的synchronized语句的正文

③　对于Class类型的对象，可以通过执行该类的同步静态方法。

4）死锁：

死锁就是两个或两个以上的线程被无限的阻塞，线程之间相互等待所需资源。

可能发生在以下情况：

当两个线程相互调用Thread.join()；

当两个线程使用嵌套的同步块，一个线程占用了另外一个线程必须的锁，互相等待时被阻塞就有可能出现死锁。

5）调用了Thread类的start()方法(向CPU申请另一个线程空间来执行run()方法里的代码)，线程的run()方法不一定立即执行，而是要等待JVM进行调度。

run()方法中包含的是线程的主体，也就是这个线程被启动后将要运行的代码。