《深入理解JAVA虚拟机》学习笔记（九）JAVA线程安全与锁优化

一、线程安全

按照线程安全的“安全程度”由强至弱来排序，我们可以将Java语言中各种操作共享的数据分为以下5类：不可变、 绝对线程安全、 相对线程安全、 线程兼容和线程对立。

1、不可变

不可变的对象一定是线程安全的，无论是对象的方法实现还是方法的调用者，都不需要再采取任何的线程安全保障措施。

Java语言中，如果共享数据是一个基本数据类型，那么只要在定义时使用final关键字修饰它就可以保证它是不可变的。 如果共享数据是一个对象，那就需要保证对象的行为不会对其状态产生任何影响才行。

2、绝对线程安全

一个类要达到“不管运行时环境如何，调用者都不需要任何额外的同步措施”

3、相对线程安全

相对的线程安全就是我们通常意义上所讲的线程安全，它需要保证对这个对象单独的操作是线程安全的，我们在调用的时候不需要做额外的保障措施，但是对于一些特定顺序的连续调用，就可能需要在调用端使用额外的同步手段来保证调用的正确性。

在Java语言中，大部分的线程安全类都属于这种类型，例如Vector、 HashTable、Collections的synchronizedCollection（）方法包装的集合等。

4、线程兼容

线程兼容是指对象本身并不是线程安全的，但是可以通过在调用端正确地使用同步手段来保证对象在并发环境中可以安全地使用。

我们平常说一个类不是线程安全的，绝大多数时候指的是这一种情况。 Java API中大部分的类都是属于线程兼容的，如与前面的Vector和HashTable相对应的集合类ArrayList和HashMap等。

5、线程对立

线程对立是指无论调用端是否采取了同步措施，都无法在多线程环境中并发使用的代码。

二、线程安全的实现方法

1、互斥同步

互斥同步（Mutual Exclusion＆Synchronization）是常见的一种并发正确性保障手段。

同步是指在多个线程并发访问共享数据时，保证共享数据在同一个时刻只被一个（或者是一些，使用信号量的时候）线程使用。 互斥是实现同步的一种手段。临界区（CriticalSection）、 互斥量（Mutex）和信号量（Semaphore）都是主要的互斥实现方式。 因此，在这4个字里面，互斥是因，同步是果；互斥是方法，同步是目的。

在Java中，最基本的互斥同步手段就是synchronized关键字和ReentrantLock

2、非阻塞同步
随着硬件指令集的发展，我们有了另外一个选择：基于冲突检测的乐观并发策略，通俗地说，就是先进行操作，如果没有其他线程争用共享数据，那操作就成功了；如果共享数据有争用，产生了冲突，那就再采取其他的补偿措施（最常见的补偿措施就是不断地重试，直到成功为止）

3、无同步方案

要保证线程安全，并不是一定就要进行同步，两者没有因果关系。 同步只是保证共享数据争用时的正确性的手段，如果一个方法本来就不涉及共享数据，那它自然就无须任何同步措施去保证正确性

三、锁优化

1、自旋锁

如果物理机器有一个以上的处理器，能让两个或以上的线程同时并行执行，我们就可以让后面请求锁的那个线程“稍等一下”，但不放弃处理器的执行时间，看看持有锁的线程是否很快就会释放锁。 为了让线程等待，我们只需让线程执行一个忙循环（自旋），这项技术就是所谓的自旋锁。

2、锁消除

锁消除是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消除。 锁消除的主要判定依据来源于逃逸分析的数据支持 

3、锁粗化

如果虚拟机探测到有这样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（粗化）到整个操作序列的外部（典型例子是在循环中上锁）

4、轻量级锁 

5、偏向锁