高并发学习（一）高并发的问题/线程安全性/锁/可见性/有序性

要理解java内存模型以及一些处理高并发的技术手段，理解一些主要的硬件知识是必须的。

一个主要CPU运行计算的步骤例如以下：

1. 程序以及数据被载入到主内存
2. 指令和数据被载入到CPU的快速缓存
3. CPU运行指令，把结果写到快速缓存
4. 快速缓存中的数据写会主内存

• 高并发的问题：

CPU多级缓存：缓存一致性，乱序执行优化

缓存一致性：eg.（i初值为1，两个线程对i进行加1操作）两个线程分别读取i的值存入各自所在的CPU的高速缓存当中，然后线程1进行加1操作，然后把i的最新值1写入到内存。此时线程2的高速缓存当中i的值还是0，进行加1操作之后，i的值为1，然后线程2把i的值写入内存。这样最终的到的结果就是1，而不是2。

解决方法：

1. 通过在总线上加LOCK锁的方式
2. 通过缓存一致性协议　　核心思想：当CPU向内存读入数据时，如果发现操作的变量是共享变量，即在其他CPU中也存在该变量的副本，会发出信号通知其他CPU将该变量的缓存行置为无效状态，因此当其他CPU需要读取这个变量时，发现自己缓存中缓存该变量的缓存行是无效的，那么就会从内存重新读取。

java内存模型：JMM规定，抽象结构，同步等八种操作及规则

java并发的优势和风险

优势：

1. 系统可以处理多个请求，相应快
2. 磁盘和CPU利用率提升

 缺点：

1. 线程过多，会消耗内存

• 线程安全性：

原子性：（Atomic 包、cas、syncronized、lock）

1. AtomicXXX:核心是Unsafe.compareAndSwapInt(CAS),将主存的值和预期值进行比较，如果相同才进行更新。
2. AtomicLong、LongAdder
3. AtomicReference、AtomicReferenceFieldUpdater
4. AtomicStampReference

• 锁：

synchronized同步锁：修饰4种对象（不能继承）：不可中断锁，适合竞争不激烈，可读性好

JMM关于synchronized的两条规定：
线程解锁前，必须把共享变量的最新值刷新到主内存

线程加锁时，将清空工作内存中共享变量的值，从而使用共享变量时需要从主内存中重新读取最新的值。

修饰区域：

• 修饰代码块
• 修饰方法
• 修饰静态方法
• 修饰类

lock：可中断锁，多样化同步，竞争激烈时能维持常态 

• 可见性（syncronized、volitale）

导致共享变量在线程间不可见的原因是：1.线程交叉执行2.重排序结合线程交叉执行3.共享变量更新后的值没有在工作内存与主存间及时更新

synchronized

volitale关键字（作为状态标记量）特点：1.可见性2禁止指令重排序（加入内存屏障）

禁止指令重排序：a.当程序执行到volatile变量的读操作或者写操作时，在其前面的操作更改肯定全部已经执行，且结果已经对后面的操作可见;在其后面的操作肯定还没有进行b.在指令优化时，不能把volatile变量后面的语句放到其前面执行。

• 对volatile变量写操作时，会在读操作后加入一条Store屏障指令，将本地内存中的共享变量刷新到主内存
• 对volatile变量读操作时，会在读操作前加入一条load屏障指令，从主内存中读取共享变量

 使用volitile关键字的场景：

1.作为别的线程的标志位

2.双重校验锁DCL

public class Singleton

{

private volatile static Singleton singleton;

private Singleton (){}

public static Singleton getSingleton() {

if (singleton == null)

{

　　synchronized (Singleton.class)

{

　　if (singleton == null)

{

　　singleton = new Singleton();

}

}

}

return singleton;

}

}

• 有序性（happens-before 原则）

1. 程序次序规则（一个线程内：按照代码顺序，书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作）
2. 锁定规则
3. volatile变量规则
4. 传递规则
5. 线程启动规则
6. 线程中断规则
7. 线程终结规则
8. 对象终结规则