第13章 线程安全与锁优化

1. 线程安全

当多个线程同时访问一个对象时，如果不考虑这些线程的调度和执行，也不需要其他额外的操作，得到的结果都是我们期望的结果，则可以认为这个对象是线程安全的。

哪些对象是线程安全的？

1.1 不可变量 Immutable

被final声明的对象只要在构造的时候没有出现this逃逸这个对象就是线程安全的

a. 对于基本数据类型，定义时声明为 final即可

b. 对于对象数据类型，需要自己保证；如：String、Integer等对象

1.2 局部变量

由于局部变量不可能被多线程访问，所以肯定是线程安全的

2. 如何实现线程安全

2.1 互斥同步

a. synchronized

b. ReentrantLock: 与synchronized 相比，增加了一些高级的功能

1）等待可中断 2）实现了公平锁3）锁可以绑定多个条件

应该如何选择呢？

推荐优先使用synchronized 关键字

原因主要有以下几个：

1）synchronized 语法简单 2）LOCK需要释放锁，需要在finally中释放，synchronized锁的释放是由jvm 来保证的 3）经过十几年的优化，synchronized 的性能差距和LOCK已经变得很小，在绝大部分情况下都在一个可以接受的范围内

2.2 非阻塞同步

借助于硬件指令

1）测试并设置 Test-and-Set

2）获取并增加 Fetch-and-Increase

3）交换 Swap

4）比较并交换 Compare-and-Swap（CAS会有ABA问题产生）

5）加载链接/条件存储 Load-link/Store-Conditional

JDK5 之后在sun.misc.Unsafe 中提供了这些方法，这些方法会被编译成平台相关的指令

3. 锁优化

JDK5 到 JDK6 花费了大量的资源去实现各种锁优化技术，如适应性自旋（Adaptive Spinning）、锁消除（Lock Elimination)、锁膨胀（Lock Coarsening)、轻量级锁（Lightweight Locking)、偏向锁（Biased Locking) 等

锁的状态总共有四种：无锁状态、偏向锁、轻量级锁和重量级锁，随着锁的竞争，可以从偏向锁升级到轻量级锁，再升级到重量级锁（但是锁升级是单向的，也就是说只能从低到高升级，不会出现锁的降级）

轻量锁加锁过程如下：

1）检查同步对象当前有没有锁，如果锁状态为 01 （表示没有），在当前的线程中建立一个名为 Lock Record 的空间，把同步对象的 Mark Word 拷贝过来

2）虚拟机将使用CAS操作尝试将对象的Mark Word更新为指向Lock Record的指针，并将Lock Record里的owner指针指向 Object Mark word，如果成功则执行步骤（3），否则执行步骤（4）。

3）如果这个动作执行成功了，那么这个线程就拥有了该对象的锁，并且对象Mark Word的锁标志位设置为”00“，表示对象处于轻量锁的状态；

4）如果这个操作失败了，虚拟机首先会检查对象的Mark Word是否指向当前线程的栈帧，如果是就说明当前线程已经拥有了这个对象的锁，那就可以直接进入同步块继续执行。否则就说明这个对象已经被其他线程占用了，如果出现两个以上的线程争用同一个锁的情况，轻量级锁就会膨胀为重量级锁，锁标志的状态值变为”10“， Mark Word 中存储的就是指向重量级锁（互斥量）的指针，后面等待锁的线程也要进入阻塞状态。

3.2 偏向锁

偏向锁中的偏，指的是偏心的意思，它会偏向于第一个获得它的线程

锁对象第一次被线程获取时，虚拟机会将对象头中的标志位设置为01 把偏向模式设置为 1 ——表示进入偏向状态，同时把获取这个锁的线程的ID记录在Mark Word中

如果在接下来的执行过程中，持有偏向锁的线程以后每次进入到这个锁的同步块时，虚拟机都可以不再进行任何同步操作。

一旦出现另一个线程去尝试获取这个锁的情况，偏向模式马上宣告结束。