这部分内容是从高效并发的角度来谈论 Java 虚拟机如何处理多线程相关的问题。
计算机被要求并发执行的原因是：
1.处理器有这个能力 24 小时不间断高效的做任务。
2.由于从存储设备读写数据的速度远慢于处理器的运算速度，导致处理器会存在空闲等待的情况，为了避免等待，要求同时处理多个任务。
为了缩小这个速度差距，引入了一层缓存区，内存的数据会被先读到缓存，再读到处理器，同样写数据也是。由于内存是多线程（也就是多任务）共享的，这又导致另一个问题：缓存一致性。为了解决这个问题，处理器们就要遵循一套规范，协议来对缓存数据进行访问。
Java 内存模型
抽象的内存模型为的是屏蔽掉底层具体的硬件实现，达到跨平台的效果。这套模型的定义很大程度上也是为了解决并发内存访问的问题。模型始终围绕着并发过程中的原子性，可见性，有序性展开。
- 原子性
主要就是指基本数据类型的原子操作（long 和 double 类型的非原子协定），另外 synchronized 同步锁操作也具备原子性。 - 可见性
即某个线程修改了变量值，其他线程能立马知道这个修改。volatile 能在值修改后立即刷到主内存，在读取前保证工作内存的值是从主内存里刷新过来的。synchronized 和 final 也能保证可见性。 - 有序性
对单线程来说肯定是有序的。volatile 因为禁止了指令重排序优化，所以可以有序，synchronized 作为同步锁，自然也是有序的。 其余情况，java 将根据“先行发生”原则保证有序。
原子操作
相对于硬件上的内存和缓存，Java 内存模型定义了主内存与工作内存与之对应，并规定访问协议为以下 8 种操作，且每种操作都具有原子性。
- lock
- unlock
- read
- load
- use
- assign
- store
- write
volatile
是 Java 虚拟机提供的最轻量级的同步机制，当变量定义为 volatile 之后，它就具有对所有线程的可见性（即可以认为没有缓存不一致的问题，但不代表在多线程的情况下是安全的），如果要用 volatile 进行同步操作，首先要满足两个条件，否则还是建议用上同步锁，
- 运算结果不依赖变量的当前值，或能保证运行在单线程环境
- 变量不需要与其他的状态变量共同参与不变约束
另一个特性是禁止指令重排序优化。Java 代码在执行时会进行指令重排序优化，即过程可能不像我们代码写的那样的顺序，不过结果还是我们期望的结果，但这在多线程的时候，就有可能出问题，多线程需要必须保证顺序的正确性， volatile 可以避免重排序。
long 和 double 的特例
在谈论 long 和 double 类型时，前面说的 8 种原子操作中，load, store, read, write 可以不成立，即 long 和 double 的非原子性协定。
线程
线程的底层实现可以基于内核线程，用户线程或用户线程加轻量级进程混合，Java 线程的实现是基于操作系统原生线程模型来实现的。
Java 线程调度方式为抢占式调度，线程可以设置优先级来控制执行时间的多少，但优先级控制并不可靠；另外一种调度方式就是协同式调度。
线程安全
我们可以从 5 个方面来理解线程安全，
- 不可变性
拥有不可变特性的变量，对象等不管是单线程还是多线程都是安全的，例如 final 修饰的变量，String 类，枚举类，Long，Double 等数值包装类，BigInteger, BigDecimal 等。 - 相对线程安全
这是我们通常认为的线程安全，Java 类中说明是线程安全的主要就是指这种情况。它指的是在没有特殊需求的情况下（指的是单独操作），可以保证线程安全，其他情况可以借助同步手段来保证线程安全。例如 HashTable，Vector 这种线程安全的集合类 - 线程兼容
即本身不保证线程安全，但通过同步手段可以做到线程安全。例如 HashMap, ArrayList 等。 - 绝对线程安全
几乎不可能，因为要求的条件很严格。 - 线程对立
这种情况会造成线程的死锁。
互斥同步是确保线程安全的实现方式，通过互斥的手段达到线程同步访问某个代码段，从而保证线程安全。
网友评论