第13章 线程安全与锁优化

一、线程安全

1. 线程安全级别有5种：

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

保证对象状态不可变是最简单最纯粹的安全

（2）绝对线程安全

在线程之间不需要使用任何额外的手段就可以实现线程安全，绝对线程安全很难达到，一般都是相对线程安全

（3）相对线程安全

在一个线程内部或一个对象内部是线程安全的，但是多线程之间需要额外的手段保证线程安全

（4）线程兼容

对象本身不是线程安全的，但是可以使用同步手段保证线程安全，平常所说一个类不是线程安全的，大多数指的是这种

（5）线程对立

不管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

2. 线程安全（线程同步）的实现方法：

（1）阻塞同步：synchronized和ReentrantLock

（2）非阻塞同步：基于冲突检测的CAS操作

（3）无同步方案

（1）阻塞同步

阻塞同步的方法主要有两种：

synchronized和java.util.concurrent包中的ReentrantLock

缺点：

（1）进行线程阻塞和唤醒会带来性能问题，因为需要在用户态和核心态之间切换，消耗CPU时间

（2）是一种悲观锁，在可能发生问题的地方都加锁，而不管实际是否真的需要加锁

在性能上synchronized和ReentrantLock基本持平，只是在功能上ReentrantLock更全面

因此在满足需求的情况下，优先考虑使用synchronized实现同步

（2）非阻塞同步

基于冲突检测的非阻塞同步，是一种乐观的并发策略

需要操作和冲突检测具有原子性，语义上需要多次操作的行为只通过一条指令完成，使用CAS，由硬件实现

二、锁优化

1. 自旋锁与自适应自旋

（1）自旋锁

并不阻塞线程，而是让线程执行一个忙循环，依然占有CPU

确定一个自旋次数，如果自旋超过限定的次数仍然没有获得锁，就使用传统的方式挂起线程

（2）自适应自旋

不固定自旋次数，而是根据上次自旋时间以及锁的拥有者状态来决定

如果上次自旋获得过锁，并且持有锁的线程正在运行中，那么虚拟机就会认为这次自旋也有可能成功，进而允许自旋等待更长的时间

如果对于某个锁，自旋很少成功获得过，那么在以后要获得这个锁时，可能会省略掉自旋，而是直接挂起线程

2. 锁消除

即时编译器在编译时将会对不需要进行同步的代码进行锁消除

判断能否进行锁消除的主要依据就是对象是否会发生逃逸(方法逃逸和线程逃逸)

3. 锁粗化

扩大锁的范围，使得对小范围的代码不会频繁地进行加锁

比如需要循环进行A操作，而A本身是加锁的，就可以把锁扩大到整个循环外面

又比如进行A，B，C操作，ABC都是加锁的，可以把锁扩大到ABC外面