深入理解JVM：高效并发核心知识点总结

一张图带你掌握Java内存模型与线程，线程安全与锁优化。该思维导图图文结合，便于理解。关于硬件的效率与一致性、内存间的交互、先发先行原则、内线线程实现、用户线程实现、Java线程的调度等内容均有详细的讲解~赶快学习起来吧。

高效并发

• Java内存模型与线程
  • 硬件的效率与一致性
    • MSI、MESI等协议规范读写操作保证一致性
    • 乱序执行
  • Java内存模型
    • 主内存与工作内存
      • 内存模型中的变量
        • 包括实例字段、静态字段、构成数组对象的元素等
      • 变量都存储在主内存内，每条线程有自己的工作内存（保存其使用到的变量的主内存副本拷贝），线程对变量的所有操作在工作内存中进行；不同线程间也无法直接访问对方工作内存，线程间的变量值传递均需要通过主内存来完成
    • 内存间的交互
      • lock（锁定）
        • 作用于主内存的变量，将一个变量标识为线程独占的状态
      • unlock（解锁）
        • 作用于主内存，将一个锁定的变量释放出来，才能被其他线程锁定
      • read（读取）
        • 作用于主内存，将一个变量值从主内存传输到工作线程的工作内存中，一遍下一个load动作
      • load（加载）
        • 作用于工作内存中，将从主内存中read得到的变量放入工作内存的变量副本中
      • use（使用）
        • 作用于工作内存中，将工作内存中的一个变量传递给执行引擎
      • assign（赋值）
        • 作用于工作内存中，将从执行引擎中接受到的值赋值给工作内存中的变量
      • store（存储）
        • 作用于工作内存中，将工作内存的一个变量传递到主内存，以便后续write
      • write（写入）
        • 作用于主内存中，将store获得的工作内存的值放入主内存中的变量
      • 使用规则
    • 对volatile型变量的特殊规则
      • （Java虚拟机提供的轻量级同步机制）
      • 两种特性
        • 保证变量对所有线程的可见性（一个线程改变了他的值，其他线程可立即得知）
          • 每次运行结果不同，因某线程做add时，其他线程可能已经加大了变量，导致返回了较小的数
          • 所以还是需要加锁
        • 禁止指令重排序优化
        • 使用场景
    • 对long、double型的特殊规则
      • 虚拟机允许对没有volatile修饰的64位变量分为两个32位处理（非原子性协定）
    • 原子性、可见性和有序性
      • 原子性
      • 可见性（同上）
        • volatile
        • synchronized
        • final
      • 有序性
    • 先发先行原则
      • （判断数据是否存在竞争、线程是否安全的依据）
  • Java与线程
    • 线程的实现
      • (Java.lang.thread类的实例就代表一个线程)；方法为native，平台相关
      • 内核线程实现
      • 用户线程实现
        • （完全建立在用户空间，无需切换到内核态）
        • （实现困难）
      • 使用用户线程+轻量级进程混合实现
        • 轻量级进程作为用户线程与内核线程之间的桥梁，由内核线程处理用户线程处理器映射及线程调度等
    • Java线程的调度
      • （系统为线程分配处理器的过程）
      • 协同式线程调度
        • 线程执行时间由线程本身控制
      • 抢占式线程调度
        • 每个线程由系统分执行时间
    • 状态转换
• 线程安全与锁优化
  • 线程安全
    • Java语言中的线程安全
      • 不可变
        • 例如：final关键字带来的可见性
      • 绝对线程安全
        • 不管运行环境如何，调用者都不需要添加额外的同步措施
      • 相对线程安全
        • 通常意义上的线程安全，保证对这个对象单独的操作是线程安全的
      • 线程兼容
        • 对象本身并不安全，但可通过正确的同步手段实现安全（ArrayList、LinkList等）
      • 线程对立
        • 不管是否采取同步措施，都无法在多线程环境并发运行
    • 线程安全的实现方法
      • 互斥同步
        • 多线程访问共享数据时，保证共享数据在同一时刻只被一条线程使用
        • 互斥手段
          • 临界区
          • 互斥量
          • 信号量
          • sychronized
            • monitorenter
              • 获取对象锁—+1；若获取失败，线程阻塞等待
            • monitorexit
              • 锁计数器-1；
            • 重入锁ReentrantLock
              • （API层面的互斥锁，lock、unlock+try/catch）
      • 非阻塞同步
        • （乐观并发策略：先进行操作，若没有其他线程竞争共享资源，则操作成功，若有其他争用，则进行补偿措施）
      • 无同步方案
        • 可重入代码
          • 可在执行中转去执行其他代码再返回而不出错
        • 线程本地存储
  • 锁优化
    • 自旋锁与自适应锁
      • 线程执行忙循环进行等待，不放弃处理器时间
        • 自旋次数默认为10，超过后挂起
        • 自适应：自旋次数视情况而定
    • 锁消除
      • 虚拟机在即使编译器运行时，对一些代码上要求同步，但实际不发生数据竞争的锁进行消除
    • 锁粗化
      • 扩大锁范围
    • 轻量级锁
    • 偏向锁