多线程安全和锁优化概述

ゝ一世哀愁。 2024-04-17 21:42 54阅读 0赞

# 什么是线程安全？ #

通俗的说就是对象本身完成了同步优化，保证外部随意调用的不用在考虑同步，互斥，调配等问题

# 线程安全的5个等级 #

1.不可变。  
基本类型是用final修饰，对于对象指的是行为不会改变内部状态。比如String类的操作都是返回一个新的String。还有Integer等类，内部变量都是final的。

2.绝对的线程安全

定义是：不管任何条件，调用者都不用做额外的同步措施。

实际是很难达到的。Vecter类，对于内部的add（），remove等方法，都做了一些syc操作。但是也不是绝对的线程安全，比如初始化一个vecter，然后创建两个线程，一个线程做remove，另一个做print。就会出错。

3.相对的线程安全  
vecter就算是了，我们经常说的线程安全，就是这个。

4.线程兼容

线程不安全的。但是可以通过外部的措施，保证线程安全。

5.线程对立

无论是否是否采取措施，都无法在多线程中使用。  
比如Thread的suspend和resume方法，一个是中断，一个初始化，如果多线程调用就会可能死锁，目前已经逐渐废弃。

# 线程安全的方法 #

## 1.互斥 ##

互斥最常用的方法，同布是目的和结果  
synchronized对用monitorenter monitorexit两条字节码指令是系统级别的支持，最常用的。  
还有一种API级别的ReentranLock可重入锁。  
ReentranLock还有一些syn没有的特性，比如等待中断（等一会，就不等了，不会出现持续阻塞的情况），公平锁（根据时间排队），绑定对象。

互斥实现同步缺点：  
频繁的进行线程状态切换，涉及用户态到内核态的切换调度，需要对锁计数，判断是否有线程需要唤醒等

# 2.非阻塞同步 #

本质就是把一些非原子操作变为原子操作。  
支持的有5种：  
测试并设置（test-and-set）  
获取并增加（fetch-and-add）  
交互（swap）  
比较并交换（compare-and-swap）  
加载链接/条件存储（Load-link/Store-condition）

最常用的就是由这些这些指令封装的一些类。比如atomicInteger等Atomic系列的类，比如atomicInteger的IncreateAndGet（）方法，实现增加，内部就调用了原子操作，compareA你的Set（旧值，新值）

# 3.无同步方案 #

线程安全不一定要同步，满足可重入性即可。

可重入代码：  
任何时刻转移到其他代码，再回来程序不会出错。本质是无状态改变，任何输入的返回结果可预测。

# 锁优化 #

## 1.自旋锁和自适应自旋 ##

本质就是遇到同步，先不阻塞，成本太高，就让处理器继续自旋状态，需要处理器的支持，缺点是自旋时间太长会影响处理器效率。  
自适应自旋就是根据统计性能，自适应自旋的效果。

## 2.锁消除 ##

本质是把不惜要的锁去掉。  
比如字符串相加  
String a1，a2，a3.  
a1+ a2 +a3;  
会变成StringBuilder.append(a1).append(a2).append(a3)  
StringBuilder内部方法做了加锁互斥同步，有时候没必要，需要清除。

## 3.锁粗化 ##

这个很好理解，如果锁太细粒度了，需要频繁的状态切换和调度。比如循环体里面加锁，干脆外部直接加一个大锁。

## 4.轻量级锁 和偏向锁 ##