八、JVM视角浅理解并发和锁

　　根据《深入理解java虚拟机》这本书总结

　　提到java的并发和锁，第一反应可能回想到多线程、synchronized关键字等，那么对于jvm虚拟机，这些是如何实现的呢？或者用的什么思想实现的？

　　一、JAVA内存模型

　　　　为什么要谈到内存模型？并发编程和锁要解决的问题就是同步的问题，抛开java代码，虚拟机自身是如何实现单线程甚至是多线程保证同步的。这就需要对内存模型又了解，虚拟机如何读取、修改、保存数据，在多线程的情况下，又是如何使这些操作安全，这就是了解内存模型的出发点。

　　　　内存模型？jvm运行时内存？这里的java内存模型跟jvm内存时的区域划分个人感觉也是有一些联系的。java内存模型主要分：主内存和工作内存。其中主内存属于线程共享的区域，可以跟运行内存的堆和方法去对应，工作内存则是线程运行时的私有内存，可以跟运行时内存的栈对应起来。

　　　　主内存？主内存是所有线程共享的，存储一些变量(不包括方法的局部变量和方法的入参数，因为这些是线程内部私有的并不会涉及到并发问题，只包括成员变量、实例变量、静态变量等)，线程不可以直接对主内存中的数据进行读写的操作。

　　　　工作内存？工作内存是线程私有的，当线程需要使用一个变量时，不能直接读写主内存的变量，而是给线程自身设置了一个专属的工作内存，当前线程会将需要用的变量read到工作线程，然后通过load操作在工作内存中放入主内存的变量副本。线程只能对这些变量副本进行操作，操作完毕后，需要store该变量到主内存中，然后通过write操作将变量的值放入变量中。

　　二、主内存和工作内存的交互操作

　　　　上面粗略的讲了主内存和工作内存对变量的操作。那么这些操作中都涉及到哪些交互动作呢？

　　　　1、lock：作用于主内存变量，将一个变量标示为一个线程独占的状态。

　　　　2、unlock：将lock操作后锁定状态的变量释放出来，只有unlock后变量才能被其他线程锁定。

　　　　3、read：读取主内存变量，并传输到工作内存，供load操作载入　　

　　　　4、load：载入read读取到的数据，将主内存传入的数据，放入工作内存的变量副本中。

　　　　5、use：在工作内存中使用该变量，将该变量传给执行引擎

　　　　6、assign：工作内存操作变量的值

　　　　7、store：将工作内存的变量传输给主内存

　　　　8、write：将store传输的变量，写入主内存对应的变量中

　　　　在这些操作中，虚拟机指定了一些规则，如3456操作不能单独出现，不允许工作线程未进行6操作的情况下执行78操作，在对对象进行2操作之前，必须已经执行78操作等等。另外也有一些特殊情况，如被volatile修饰的变量，在工作线程中修改，其余线程也能察觉到。又比如对于long和double的变量在64位系统中，可以将读写操作分为两次32位的操作进行等等。这些就不具体理解..

　　　　上面的操作都是原子操作（特殊情况如long、double除外），当两个线程同时运行时，在没有进行lock的情况下，如果同时read变量i值为1，放入工作内存，并且在工作内存中分别＋1，在最后78操作后，最终值为2，但是两个线程分别＋1，结果应该为3，这就是多线程的情况下没有同步导致的问题。下面会阐述，java提供了哪些规则/思想，在单线程和多线程来保证数据的同步。

　　三、单线程的代码执行

　　　　我们写一段代码，对于当前线程来说代码是按照一行一行，更精确的讲是按照逻辑一步一步运行的，脱离这个线程，站在其他线程的的角度看，代码确不是一步一步的执行的，有可能后面的逻辑先行执行，执行顺序是没有保证的，但是java是在经过计算，保证在结果一致的情况下去执行指令，所以对于单线程，我们是完全感知不到的。

　　四、多线程的同步

　　　　1、互斥同步：多线程并发访问共享数据，保证共享数据在同一时刻只有一个线程能访问，最基本的互斥同步就是synchronize关键字，经过代码编译后，在需要同步的前后分别形成monitorenter和monitorexit两个字节码指令，这两个字节码都需要对于的现场来锁定和解锁。另外synchronize对于同一个线程是可以重入的，如果当前线程再次执行同步方法，在原先获取锁的计数上加1，当然解锁的时候－1，只有减到0的时候，才能真正的释放锁。

　　　　　juc包中lock下reentrantlock也是一种互斥同步锁，这种锁比synchronize更加轻量级，并且更加灵活，synchronize修饰，获取不到锁的时候，需要将线程挂起，这就需要切换到操作系统内核去执行，开销也是很大的，并且reentrantlock提供了很多条件，如果获取不到锁，可以进行别的动作。

　　　　2、非堵塞同步：上面说到的互斥同步，主要的缺点就是线程进行堵塞和唤醒导致性能问题，因此在处理方式上来说，互斥同步锁可以理解成一种悲观的并发策略，因为他每次都考虑会有多个线程对资源进行竞争，必须要在获得锁的情况下才去操作。而这边的非堵塞同步锁，则可以理解成是一种乐观引发策略。就是先进行操作，如果没有其他线程对资源竞争，则操作成功，否则操作失败，当然这里也要有标志条件去标记有没有其余线程的竞争操作。这里用到了cas的操作，比较当前值是否是预想的值，如果是，设置为新值，否则失败。

　　　　3、另外还有几个概念：自旋锁（获取不到锁的情况，不进行挂起，线程自旋，在一定时间内还获取不到锁再挂起）、自适应自旋锁（根据之前获取该锁通过自旋方式的成功率，自适应是否要进行自旋操作）。