JAVA多线程(machao)

JAVA多线程

synchronized

synchronized作用于「方法」或者「代码块」，保证被修饰的代码在同一时间只能被一个线程访问。

使用

thread.wait() -- 线程从运行态转换为阻塞态，同时还会释放线程的同步锁

Thread.sleep()

thread.join() -- 线程强制运行，线程强制运行期间，其他线程无法运行

Thread.yield() -- 当前线程从运行状态 回到 就绪状态

thread..notify()/thread.notifyAll() -- 唤醒阻塞态的线程

基于Monitor实现(重量级锁/悲观锁)

synchronized修饰代码块时，JVM编译代码时采用「monitorenter、monitorexit」两个指令来实现代码块的同步

synchronized修饰同步方法时，JVM编译代码时采用「ACC_SYNCHRONIZED」标记符来实现方法旳同步

原理

1. Java实例对象里有对象头

Header

Mark Word

主要是保存对象运行时的关键数据(当前锁机制的记录信息)

Klass Word

指针区域指向元数据区中（JDK1.8）该对象所代表的类

Length

Data

Padding

2. 对象头里面有Mark Word，Mark Word指针指向了「monitor」对象

a. Monitor对象由C++实现

b. 每个java对象都会有一个Monitor对象

c. Monitor对象会随着java对象一同创建和销毁

变量

_owner：指向持有ObjectMonitor对象的线程

_WaitSet：存放处于wait状态的线程队列

_EntryList：存放处于等待锁block状态的线程队列

_recursions：锁的重入次数

_count：用来记录该线程获取锁的次数

工作原理

monitorenter

1. 当多个线程同时访问一段同步代码时，首先会进入_EntryList队列中

4. 如果其他线程调用 notify() / notifyAll() ，会唤醒WaitSet中的某个线程，该线程再次尝试获取monitor锁，成功即进入Owner区域。

monitorexit

5. monitor的拥有者线程才能执行 monitorexit指令。

6. 同步方法执行完毕了，线程退出临界区，会将monitor的owner设为null，并释放监视锁。

锁优化

事实上，只有在JDK1.6之前，synchronized的实现才会直接调用ObjectMonitor的enter和exit，这种锁被称之为重量级锁。一个重量级锁，为啥还要经常使用它呢？ 从JDK6开始，HotSpot虚拟机开发团队对Java中的锁进行优化，如增加了适应性自旋、锁消除、锁粗化、轻量级锁和偏向锁等优化策略。

自旋锁

自旋锁是指当一个线程尝试获取某个锁时，如果该锁已被其他线程占用，就一直循环检测锁是否被释放，而不是进入线程挂起或睡眠状态。

为何需要自旋锁？线程的阻塞和唤醒需要CPU从用户态转为核心态，频繁的阻塞和唤醒显然对CPU来说苦不吭言。其实很多时候，锁状态只持续很短一段时间，为了这段短暂的光阴，频繁去阻塞和唤醒线程肯定不值得。因此自旋锁应运而生。

锁消除

锁削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削除。

public void add(String str1){    StringBuffer sb = new StringBuffer(\"hello\");    sb.append(str1);}众所周知，【StringBuffer】是线程安全的，因为内部的关键方法都是被synchronized修饰过的，但是上述代码中，sb是局部变量，不存在竞争共享资源的现象，此时JVM会自动需要【StringBuffer】中的锁。

锁粗化

将多个连续的加锁、解锁操作连接在一起，扩展成一个范围更大的锁。

为何需要锁租化？在使用同步锁的时候，需要让同步块的作用范围尽可能小—仅在共享数据的实际作用域中才进行同步，这样做的目的是 为了使需要同步的操作数量尽可能缩小，如果存在锁竞争，那么等待锁的线程也能尽快拿到锁。但是如果一系列的连续加锁解锁操作，可能会导致不必要的性能损耗，所以引入锁粗话的概念。

public String test(String str){    int i = 0;    StringBuffer sb = new StringBuffer():    while(i < 100){        sb.append(str);        i++;    }    return sb.toString():}由于【StringBuffer】是在内部方法实现的【synchronized】加锁，我们无法把锁提取到循环体外，如果没有锁粗化，此处要进行100次加锁。

锁状态

锁的升级——锁的升级是单向的、也就是说只能从低到高升级，不会出现锁的降级。

无锁

偏向锁

偏向锁是JDK6中引入的一项锁优化，它的目的是消除数据在无竞争情况下的同步原语，进一步提高程序的运行性能。偏向锁会偏向于第一个获得它的线程，如果在接下来的执行过程中，该锁没有被其他的线程获取，则持有偏向锁的线程将永远不需要同步。(大多数情况下，锁不仅不存在多线程竞争，而且总是由同一线程多次获得)

步骤

1. CAS操作: 线程A的ID记录到对象Mark Word中，同时置偏向标志位1

2. 以后线程A在进入和退出同步块时不需要进行CAS操作来加锁和解锁(只需要比较对象头的Mark Word里是否存储着指向当前线程的ID)

3. 因为偏向锁不会主动释放，当线程B去尝试获取这个对象时，可以看到对象是偏向状态

4. 线程B检测对象锁偏向旳线程(线程A)是否还存活

如果挂了，则可以将对象变为无锁状态，然后偏向自己(线程B)

如果依然存活，则偏向锁升级为轻量级锁

总结:  在无竞争的情况下，把整个同步都消除掉，CAS操作都不做。

轻量级锁

经验依据：对绝大部分的锁，在整个同步周期内都不存在竞争

虚拟机会在当前线程的栈帧中创建一个名为锁记录的空间，用于存储锁对象目前的MarkWord的拷贝

当前线程偏向锁升级

多个线程争夺锁

3. CAS操作:将对象的Mark Word更新为指向“锁记录”的指针

如果成功，则该线程已经获取了对象的轻量级锁

如果失败，检查对象的Mark Word是否指向当前线程

如果指向当前线程，则进入同步代码块

如果没有，则自旋等待

释放锁

5. 虚拟机会检查对象的Mark Word是否还在指向当前线程的锁记录font color=\"#c41230\

6. 如果是，那么就用CAS操作把对象当前的Mark Word和线程中复制的Mark Word替换

如果替换成功，那么整个同步代码块执行完了，也就是锁已经释放了。

如果替换失败，那么就说明对象锁已升级为重量级锁(markword指向ObjectMonitor)，那么就要在释放锁的同时，唤醒被挂起的其它线程。

重量级锁

基于Monitor实现

锁升级流程图

锁升级流程

ThreadLocal

作用

2. 同一个线程中使参数可以隐式传递

3. 在一些多线程的情况下，如果用线程同步的方式，当并发比较高的时候会影响性能，可以改为 ThreadLocal 的方式

实现的原理

1. ThreadLocalMap是ThreadLocal的内部类，用Entry来进行存储

font color=\"#c41230\

3. ThreadLocal本身并不存储值，它只是作为一个key来让线程从ThreadLocalMap获取value。

源码实现

threadLocal.set()：向当前线程的ThreadLocalMap设置值，key是ThreadLocal对象，值是传递进来的对象

threadLocal.get(): 从当前线程的ThreadLocalMap获取值，key是ThreadLocal对象

避免内存泄露

原因

实际上 ThreadLocalMap 中使用的 key 为 ThreadLocal 的弱引用，弱引用的特点是，如果这个对象只存在弱引用，那么在下一次垃圾回收的时候必然会被清理掉。

所以如果 ThreadLocal 没有被外部强引用的情况下，在垃圾回收的时候会被清理掉的，这样一来 ThreadLocalMap 中使用这个 ThreadLocal 的 key 也会被清理掉。但是，value 是强引用，不会被清理，这样一来就会出现 key 为 null 的 value。

ThreadLocalMap 实现中已经考虑了这种情况，在调用 set()、get()、remove() 方法的时候，会清理掉 key 为 null 的记录。如果说会出现内存泄漏，那只有在出现了 key 为 null 的记录后，没有手动调用 remove() 方法，并且之后也不再调用 get()、set()、remove() 方法的情况下。

避免

1. 使用完 ThreadLocal ，最好手动调用 remove() 方法

应用

PageHelper 的PageInfoHibernate 的 ThreadLocal模式 SessionDubbo的RpcConetxt日志的MDCspring的声明式事务spring的RequestContextHolder

优化

对静态SimpleDateFormat变量的优化使用ThreadLocal<SimpleDateFormat>变量