并发编程（一）并发编程的实现原理

一、并发编程挑战

1、上线文切换: 
cpu通过时间分片来实现单核处理器执行多线程任务，当cpu执行一个时间片之后会切换到下一个任务，但是在切换前会保存到上一个任务的状态，以便下次切换回这个任务时，可以再次加载这个任务的状态。所以任务从保存到再次加载的过程就是一次上下文切换。因为要保存和加载任务的状态信息等，所以上下文切换会影响执行多线程的执行速度。

2、死锁：一组互相竞争资源的线程，因相互等待，导致永久阻塞的现象。

死锁的条件：

• 互斥条件 ：共享资源 X 与 Y 只能被一个线程占用

• 占有且等待 ：线程 T1 已经取得共享资源 X，在等待共享资源 Y 的时候，不释放 X 资源。

• 不可剥夺：其他线程不能强行抢占线程已经占有的资源

• 循环等待：有线程相互等待 ；

• 避免死锁：只要破坏其中一个条件即可，因为互斥条件是锁本身特性，所以只能破坏其他三个；

占有且等待 :线程一次性获取申请所有资源；

占有且等待 :在线程占有额部分资源，申请另外的资源获取不到时，则主动释放占有的资源；

循环等待：把资源排序，申请资源时可以按顺序申请

二、java 并发线程的底层实现原理

CPU 相关术语：

内存屏障（menory barriers）：用于实现内存操作顺序的一组处理器指令

缓冲行（cache line）:缓存中分配的最小存储单元。处理器在处理缓存时会加载整个缓存行，锁定整个缓存行（伪共享问题的存在）

1、volatile 的原理

内存的可见性

   当有volatile修饰变量时，会在编译后加上#lock 前缀指令，lock指令在多核处理器时会发生两件事：

①、江当前处理器的额缓存行数据写回到系统内存中

②、这个写回内存的操作会使在其他缓存了该内存地址的数据无效

禁止指令重排序

在遇到lock指令时，会禁止把lock指令后的重排序到lock之前。

2、synchronized 的实现原理与应用

2.1、 synchronized实现同步的基础：java的每个对象都可以最为锁，具体表现为“

• synchronized 加在普通同步方法，锁是当前对象

• 对于静态同步方法，锁时当前类的 Class 对象。

• 对于同步方法块，锁是 synchronized 括号中的对象

• monitorenter 指令时在编译后插入到同步块的开始位置，monitorexit 是插入到指令的结束和异常处。任何对象都有一个 monitor 与之关联。

2.2、java 对象头

synchronized用的锁是存在java对象头里，如果对象是数组，则虚拟机用三个字宽存储对象都，非数组类型时，则用两个字宽存储对象头。在32位虚拟机中一字宽为4字节即32位。

分为三部分：

• Mark word 32/64 bit 默认存储对象的 hashCode、分代年龄和锁标记为

• Class metadata address 32/64 bit 存储对象类型数据的引用指针

• array length 32/64 bit 存储数组长度（只有对象为数组时才有）

Mark woed 存储结构

在运行期间 Mark word 里存储的数据会根据锁标志位的变化而变化，可能变化为的几种数据：