分类目录归档：并发

JUC AQS

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AQS 是 java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer 类的简称，它虽然只是一个类，但也是一个强大的框架，目的是为实现依赖于先进先出 (FIFO) 等待队列的阻塞锁和相关同步器（信号量、事件，等等）提供一个框架，这些类同步器都依赖单个原子 int 值来表示状态。

AQS 实现了控制同步的框架，并定义抽象方法留给子类定义哪种状态意味着被获取或被释放，是个典型的模板方法实现。

概述

同步器一般包含两种方法，一种是acquire，另一种是release。acquire操作阻塞调用的线程，直到或除非同步状态允许其继续执行。而release操作则是通过某种方式改变同步状态，使得一或多个被acquire阻塞的线程继续执行。

同步器的基本思想

acquire操作：

// 循环里不断尝试，典型的失败后重试
while (synchronization state does not allow acquire) {
     // 同步状态不允许获取，进入循环体，也就是失败后的处理
     enqueue current thread if not already queued;     // 如果当前线程不在等待队列里，则加入等待队列
     possibly block current thread;     // 可能的话，阻塞当前线程
}

// 执行到这里，说明已经成功获取，如果之前有加入队列，则出队列。
dequeue current thread if it was queued;

release操作：

update synchronization state;    //  更新同步状态
if (state may permit a blocked thread to acquire) // 检查状态是否允许一个阻塞线程获取
      unblock one or more queued threads;     // 允许，则唤醒后继的一个或多个阻塞线程。

为了实现上述操作，需要下面三个基本组件的相互协作：

  • 同步状态的原子性管理：怎么判断同步器是否可用的？怎么维护原子状态不会出现非法状态？怎么让其他线程看到当前线程对状态的修改？
  • 线程的阻塞与解除阻塞：同步器不可用时，怎么挂起线程？同步器可用时，怎么恢复挂起线程继续执行？
  • 队列的管理：有多个线程被阻塞时，怎么管理这些被阻塞的线程？同步器可用时，应该恢复哪个阻塞线程继续执行？怎么处理取消获取的线程？

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JUC 原子类

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volatile 变量

volatile变量具有可见性，也就是说线程能够自动发现volatile 变量的最新值；对volatile变量进行操作不会造成阻塞。

适用于：多个变量之间或者某个变量的当前值与修改后值之间没有约束。

正确使用volatile变量的条件：

  1. 对变量的写操作不依赖于当前值。
  2. 该变量没有包含在具有其他变量的不变式中。

所以，volatile变量不支持像i++这样的原子操作，因为这条语句包含了三个步骤：读取-加1操作-写变量。
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自旋锁、排队自旋锁、MCS锁、CLH锁

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自旋锁（Spin lock）

自旋锁是指当一个线程尝试获取某个锁时，如果该锁已被其他线程占用，就一直循环检测锁是否被释放，而不是进入线程挂起或睡眠状态。

自旋锁适用于锁保护的临界区很小的情况，临界区很小的话，锁占用的时间就很短。

简单的实现

import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;

public class SpinLock {
   private AtomicReference<Thread> owner = new AtomicReference<Thread>();

   public void lock() {
       Thread currentThread = Thread.currentThread();

              // 如果锁未被占用，则设置当前线程为锁的拥有者
       while (!owner.compareAndSet(null, currentThread)) {
       }
   }

   public void unlock() {
       Thread currentThread = Thread.currentThread();

              // 只有锁的拥有者才能释放锁
       owner.compareAndSet(currentThread, null);
   }
}

SimpleSpinLock里有一个owner属性持有锁当前拥有者的线程的引用，如果该引用为null，则表示锁未被占用，不为null则被占用。

这里用AtomicReference是为了使用它的原子性的compareAndSet方法（CAS操作），解决了多线程并发操作导致数据不一致的问题，确保其他线程可以看到锁的真实状态。
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False Sharing 伪共享 – 译

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翻译自：http://mechanical-sympathy.blogspot.com/2011/07/false-sharing.html

伪共享

内存在缓存系统里是以缓存行为单位存储的。缓存行是大小为2的整数幂的连续字节，典型是32-256字节。最普遍的缓存行大小是64字节。伪共享是个术语，用于当多个线程不知不觉地相互影响对方的性能，在修改使用相同缓存行的依赖变量时。缓存行上的写冲突是并行执行线程在SMP（对称多处理器 ）系统上获得伸缩性的单一最大制约因素。我已听到伪共享被描述为无声的性能杀手，因为在查看代码时，它非常不明显。

为了达到按线程数量的线性伸缩性，我们必须确保没有两个线程写同一个变量或同一个缓存行。两个线程写同一个变量可以在代码层面跟踪到。为了知道独立变量是否共享同一个缓存行，我们需要知道内存布局，或者让工具告诉我们。 Intel VTune是这样的一个分析工具。在这篇文章，我将解释Java对象的内存布局和如何通过填充缓存行来避免伪共享。
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