java学习总结（四）

——关于线程与锁

Java的内存模型

之前在回答过程中一直会把JAVA的内存模型和JVM的内存模型弄混淆，那么在这里一定需要注意。

Java的内存模型由以下三个部分组成：主内存(进程分配的内存)、工作内存、Java线程。

1、不同线程之间没有办法访问其工作内存的变量。
2、线程之间变量传递主要通过主内存来完成。

进程与线程：

程序的一次执行称作一个进程，而线程，是操作系统调动的基本单位。
1、多进程有利于整个程序的健壮性，但是系统资源开销较大，相比之下多线程编写的程序利用并发特点，能很好利用CPU，提高效率。
2、进程有其单独的内存空间，而各个线程共享同一个主进程的内存空间。因此对于共享变量就存在同步问题需要解决。

几种进程间的通信方式

（1） 管道（pipe）：管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在具有血缘关系的进程间使用。进程的血缘关系通常指父子进程关系。
（2）有名管道（named pipe）：有名管道也是半双工的通信方式，但是它允许无亲缘关系进程间通信。
（3）信号量（semophore）：信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它通常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。
（4）消息队列（message queue）：消息队列是由消息组成的链表，存放在内核中 并由消息队列标识符标识。消息队列克服了信号传递信息少，管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。
（5）信号（signal）：信号是一种比较复杂的通信方式，用于通知接收进程某一事件已经发生。
（6）共享内存（shared memory）：共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存，这段共享内存由一个进程创建，但多个进程都可以访问，共享内存是最快的IPC方式，它是针对其他进程间的通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制，如信号量配合使用，来实现进程间的同步和通信。
（7）套接字（socket）：套接口也是一种进程间的通信机制，与其他通信机制不同的是它可以用于不同及间的进程通信。

线程之间的通信

在操作系统中，线程的通信主要分为两种：1、共享内存。2、消息传递
其次就是一些同步原语，这里列举一些python的同步原语，Java也同理：
锁（lock/release）：这两个原语其中框住的部分和Java中synonymous关键字修饰的同步代码块相同。
信号量（signal）：用于描述竞争的资源。共享变量（资源）消耗时递减，释放时增加。生产者——消费者模型就是一个很好的例子。
重入锁（relock）:多次调用acquire()而不会被阻塞，可多次申明对资源的需求。锁内部有计数器，只有release()和acquire()方法调用次数相同时，才会真正解锁。
条件变量（condition）:是对于锁的封装，和信号量相似，也用于调用竞争资源。当资源状态不可用时，线程会自动释放手中的锁，当生产者产生物品时候，这时线程又会立马被唤醒。
事件（event）:
计时器（timer）：可设置等待启动的时间，在启动前可调用cancel()方法取消，相当于睡眠。

Java的线程安全

线程安全的实现方法：
1、互斥同步：参见同步原语
2、非阻塞同步：先不加锁，数据操作冲突时候再进行补偿操作。
3、无同步方案：1、可重入代码。2、线程本地存储（ThreadLocal）：如果一段代码所需要的数据必须与其它代码共享，可以看看这些共享数据代码是否能保证再同一个线程中执行。

我们衡量线程安全一定不要受到时间顺序的干扰，要以先行发生原则为准。

Java的线程的实现是通过用户线程（系统感觉不到线程存在的实现，缺点是完全依赖用户编程实现细节，任务量大）以及轻量级线程混合实现的。

Java线程的调度由两种：
1、协同式线程调度：线程之间进行资源的商议。缺点是线程的执行时间得不到有效控制。优点是实现简单。
2、抢占式线程调度：虽然可以设置线程的优先级，但是，线程的调度的最终状态还是取决于操作系统。

守护线程

volatile关键字

volatile可以说是Java提供的最轻量级的同步机制。
1、volatile保证变量的可见性。而可见性只是说每次对变量修改完成以后都同步回主存。但并不保证变量的原子性。即一次只有一个线程对变量进行操作。所以其修饰的共享变量在多线程环境中一样是不安全的。
2、禁止指令重排优化。通过内存屏障机制，即在执行命令后，立马将数据store and write同步到主内存。

锁优化

重量级锁
synchronized()
轻量级锁
偏向锁
JDK1.6引入，锁偏向于第一个获得它的线程。

上述两种情况都是在假设不存在竞争的情况下，尝试对共享数据进行操作，如果存在竞争或膨胀为重量级锁，主要提高的是有同步但是无竞争的程序性能。
自旋锁
自旋即进入忙循环。JDK1.6中引入了自适应自旋锁。避免挂起线程与恢复线程带来的操作系统的损耗。
锁粗化
对同一个对象加锁，会把加锁的同步范围扩展（粗化）到整个操作序列的外部。
锁消除
被检测到不可能存在共享数据竞争的锁进行消除。特例：字符串相加。

Java线程状态：

就绪（new）  运行（runable） 阻塞（blocked） 等待（waiting） 结束（terminate） 

这其中主要要弄清楚阻塞与等待之间的区别，阻塞要等待线程放弃锁，而等待，则是等待特定的之间或者是被其他线程所唤醒。