01 java 并发机制底层实现

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本文作者： 执笔成念
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基本术语

上下文切换

1. 单核处理器也支持多线程执行代码.
2. cpu 通过时间分配算法来循环执行任务,当前任务执行一个时间片后会切换到一下个任务.
3. 在切换前会保存上一个任务的状态,以便于下一次切换回这个任务时,可以再加载这个任务的之前状态.
4. 定义: 任务从保存到再加载的过程就是一次上下文切换.
5. 注意: 多线程不一定比单线程快.数据量不超过百万次时,多线程比单线程反而慢.

   如合减少上下文切换

6. 无锁并发编程
7. CAS 算法
8. 使用最少线程
9. 协程:单线程中的多任务调度,单个线程中维持多个任务切换.

死锁

避免死锁的常见的几个方法:

1. 避免一个线程同时获取多个锁
2. 避免一个线程再所内同时占用多个资源,尽量保证一个锁只占用一个资源
3. 尝试使用锁时,使用 lock.tryLock(timeOut) 来代替使用内部锁机制.
4. 对于数据库锁,己所和解锁必须再同一个数据库连接中,否则回出现解锁失败的情况.

资源限制的挑战

资源限制是指程序的执行速度受限于计算机硬件资源或者软件限制.

硬件资源限制

1. 带宽的上传/下载
2. 硬盘的读写速度
3. CPU 的处理速度

软件的资源限制

1. 数据库的连接数
2. socket 的连接数

java 并发机制的底层实现

volatile的应用

CPU 语义

1. 内存屏障(memiry Barrier)
2. 缓冲行(Cache Line)
3. 原子操作(atomic operations)
4. 缓存行填充(cache line fill)
5. 缓存命中(cache hit)
6. 写命中(write hit)
7. 写缺失(write misses the cache)

增加volatile 后的作用

1. 将当前系统缓存行的数据诙谐到系统内存
2. 写的操作会使得其他CPU中缓存了该内存地址得到数据无效

synchronized 实现原理与应用

java中的每种对象都可以作为锁。具体表现为：

1. 对于普通的同步方法，锁是当前对象
2. 对于静态同步方法，锁是当前类的class 对象
3. 对于同步方法块，锁是Synchronized 括号中的对象

java 对象头

数组类型对象，则虚拟机用3个个字宽（word）存储对象头；
对象为非数组类型，则使用两个字节存储对象头。
在32位虚拟机中，1个字宽等于4个字节（32bit）。
对象头分解:

1. markWord 32/64bit 存储对象hashCode 或锁信息
2. Class MataData Address 32/64bit 存储对象类型数据的指针
3. Array length 32/32bit 数组的长度（如果当前对象是数组）

锁的升级与对比

一共有四种锁，级别从低到高：无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态 和重量级锁状态。
锁状态会随着竞争条件主键提升。锁可以升级，但是不可以降级。

1. 偏向锁
   大多数情况下，锁不存在多线程的竞争，而是总是同一线程
   多次获得。所以，为了降低获得锁的代价引入了偏向锁。

2. 轻量级锁

3. 重量级锁

原子操作的实现原理

小结

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