Java虚拟机--线程安全与锁优化

线程安全

在Java中可以对各种操作共享数据分为以下5类：不可变、绝对线程安全、相对线程安全、线程兼容、线程对立。

1）不可变

用final修饰的基本变量、行为不会对自己的状态产生影响的对象（比如，把自己的状态设置为final的）、枚举类、java.lang.Nuncer的部分子类（Long，Double等的数值包装类）、BigInteger和BigDecimal等大数据类型。（AtomicInteger和AtomicLong并非不可变）

2）绝对线程安全

即使，一个对象的自身行为全部是同步的，在多线程环境下也不能保证线程的绝对安全。

3）相对线程安全

Java的所谓得线程安全的集合类大部分都是相对线程安全的，需要在调用端加上额外的同步操作。

4）线程兼容

对象本身并不是线程安全，而是通过在调用端正确使用同步手段保证对象的线程安全。如ArrayList、HashMap等。

5）线程对立

无论调用端采用哪种同步操作，都无法在多线程环境下并发使用的代码。

线程安全的实现方法（虚拟机层次）

1）互斥同步

互斥是实现同步的一种手段，临界区（Critical Section）、互斥量（Mutex）、信号量（Semaphone）都是互斥实现方式。

Syncronized同步块，编译后会在同步块前后，加入monitorenter、monitorexit指令。线程阻塞或唤醒时，需要内核调度，要进行用户态核心态的切换，很耗时。虚拟机会进行优化，如自旋等待。

ReentrantLock，也可实现同步功能（lock、unlock、配合try/finally完成），而且比Syncronized多了高级功能：等待可中断、可实现公平锁、锁可绑定多个条件。如下图所示：

2）非阻塞同步

乐观同步策略

3）无同步方案

• 可重入代码块：例如不依赖存储在堆上的数据和公用的系统资源
• 线程本地存储：ThreadLocal的实现

锁优化

1）自旋锁与自适应锁

自旋锁：为了防止同步造成的阻塞对性能的影响，让获取不到锁的线程先进行一个忙循环（自旋），暂时不放弃CPU，这就是自旋锁。
自适应锁：自旋时间不再固定，由历史情况计算时间（很智能啊~）

2）锁消除

编译器优化掉不需要的锁。

3）锁粗化

如果检测到短时间内对同一个对象反复加锁（比如，在一个循环里面有同步代码块），就会把加锁范围扩大（比如，就扩大到循环外围），这样就只有枷锁一次。

4）轻量级锁

对于绝大部分的锁，在整个同步周期都是不存在周期的，使用轻量级锁的话，在没有竞争时就不会有互斥的开销，若有竞争就会转化为重量级锁（在有竞争的情况下，轻量级锁比重量级锁更慢，有一个判断竞争的过程）。

5）偏向锁

当拥有偏向锁的对象第一次被一个线程获取锁的时候，对象就会置为“偏向模式”，持有偏向锁的线程以后每次进入这个锁得同步块时，虚拟机可以不用任何同步操作。直到，另一个线程尝试获取此锁时，“偏向模式”宣告结束。