线程的状态和内存模型

2019-04-01 | 阅读：次

1.基本概念

多线程：这个程序（一个进程）运行时产生了不止一个线程。
并行：多个CPU实例或者多台机器同时执行一段处理逻辑，是真正的同时。
并发：通过CPU调度算法，让用户看上去同时执行，实际上并不是真正的同时。
同步：通过人为的控制和调度，保证共享和可变的资源的多线程访问时线程安全的。

2.线程的状态

多线程状态
1.调用join()或sleep()方法，sleep()时间结束或被打断，join中断，IO完成，都会回到Runnable状态。
2.调用wait()，使该线程处于等待池，直到notify()或者notifyAll()，线程会释放到锁定池，释放同步锁后会进入到Runnable状态。 3.对running状态的线程加同步锁，会使其进入等待池/锁定池。

3.显示锁

1.lock和ReentrantLock

public interface Lock {
    void lock();
    void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
    boolean tryLock();
    boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
    void unlock();
    Condition newCondition();
}

内置锁局限性：无法中断一个正在等待获取锁的线程、无法在请求获取锁时无限地等待下去。。。与内置锁不同的是，Lock提供了一种无条件的、可轮询的、定时的以及可中断的操作，所有加锁和解锁的操作都是显示的。
ReentrantLock实现了Lock，并提供了与synchronized相同的互斥性和内存可见性，在获取reentrantLock时进入同步代码块，在释放reeentrantLock时退出同步代码块，并且和synchronized提供重入锁。

Lock lock = new ReentrantLock();
...
lock.lock();
try{
    //更新对象状态
    //捕获异常，并在必要时恢复不变性条件
}finally{
    lock.unlock();
}

注意：可重入锁必须在finally中释放锁。而且当且仅当内置锁不能满足需求时(比如：可定时的、可轮询的与可中断的锁获取操作，公平队列以及非块结构的锁)才会考虑使用ReentrantLock。

2.读-写锁

互斥是一种保守的加锁策略，可以避免”写/写”冲突，”读/写”冲突，但也避免了”读/读”冲突，但大多数情况都是读读比较多，因此如何能放宽加锁需求，允许 “读/读”不加锁将会极大的提高性能。”读/写”锁就解决了这个问题，一个资源可以被多个读操作同时访问，或者被一个写操作访问，但两者不能同时进行。

public interface ReadWriteLock {
    //返回读锁
    Lock readLock();
    //返回写锁
    Lock writeLock();
}
//主要实现
ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();

要获取由ReadWriteLock保护的数据，首先要获得读锁，要修改则要先获得写锁。
读取锁和写入锁之间的交互方式：

公平性选择：支持公平与非公平的的锁获取方式，吞吐量非公平优先于公平。
可重入：读线程获取锁后，可以再次获取读锁，写锁也一样。
可降级：写线程获得写锁后，还可以再次获得读锁，在释放写锁后此时线程是读锁状态，这就是降级。

原理：ReentrantReadWriteLock是由一个基于AQS的同步器Sync构成，而后扩展出ReadLock(共享锁)，WriteLock(排他锁)所组成。
读写锁的实现原理

4.原子变量

与锁相比，volatile变量时一种更轻量级的同步机制，因为在使用这些变量的时候不会发生上下文切换或线程调度等工作。然而它也有局限性：不能用于构建原子的复合操作，因此当一个变量依赖其它的变量时，或者当变量的新值依赖旧值时就不能用volatile变量。
原子变量相当于一种泛化的volatile变量，能够支持原子的和有条件的读-写-改操作。比如，AtomicInteger表示一个int类型的值，并提供get、set方法和原子的compareAndSet方法，原子的添加、递增和递减等方法。
共有12个原子变量类，分4组：标量类、更新器类、数组类和复合变量类。常见的就是标量类：AtomicInteger、AtomicLong、AtomicReference、AtomicBoolean。
原理：比较并交换（CAS）：包含3个操作数，需要读写的内存位置V，进行比较的值A，拟写入的新值B。当且仅当如果V的值等于A，则用B来更新V的值，否则不执行任何操作。