synchronized详解乐观锁和悲观锁 volatile关键字无锁编程CAS CPU锁类型 - JAVA并发

一、synchronized详解

1、synchronized(obj)锁对象是obj，相当于互斥锁，只有一个线程可以访问；

2、synchronized修饰方法相当于synchronized(this)，比如public synchronized void method()；

3、synchronized修饰静态方法时锁对象是类；

4、synchronized操作无法被中断，除非获取到锁；

5、synchronized是重入锁，持有锁的线程可以访问其它同步方法；

6、synchronized是非公平锁，多个线程同时获取锁，获取到锁的顺序不保证；

7、示例代码：Syncn.java

public class Syncn {
public void run1() {
synchronized(this) {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " synchronized loop " + i);
}
}
}

public void run2() {
synchronized(this) {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " synchronized loop " + i);
}
}
}

public static void main(String[] args) {
final Syncn syncn = new Syncn();
Thread a = new Thread(new Runnable(){public void run() {syncn.run1();}}, "a");
Thread b = new Thread(new Runnable(){public void run() {syncn.run2();}}, "b");
a.start();
b.start();

}
}

二、乐观锁和悲观锁

独占锁是一种悲观锁，synchronized是一种独占锁，只有确保其它线程不会造成干扰的情况下执行，会导致其它所有需要锁的线程挂起，等待持有锁的线程释放锁；而更加有效的锁就是乐观锁，乐观锁每次不加锁而是假设没有冲突而去完成某项操作，如果因为冲突失败就重试，直到成功为止。

三、volatile关键字

1、C或者C++禁止编译器优化volatile修饰的变量，每次访问都直接重内存读取，不使用寄存器；

2、JAVA禁止编译器优化volatile修饰的变量，每次访问直接从堆内存读取，不使用线程变量副本；

3、示例：C语言volatile int value，JAVA语言private volatile int value；

四、无锁编程CAS

1、CAS:Compare and Swap，中文意思是"比较并交换"；
2、java.util.concurrent包中借助CAS实现了区别于synchronized同步锁的一种乐观锁；

3、无锁编程只保证单个读和写操作的原子性，并不保证组合操作的原子性；

硬件支持CAS，LL/SC, atom read-modify-write：

如果CPU提供了Load-Link/Store-Conditional这对指令，则就可以轻松实现变量的CPU级别无锁同步；
LL [addr],dst：从内存[addr]处读取值到dst；
SC value,[addr]：对于当前线程，自从上次的LL动作后内存值没有改变，就更新成新值；

软件实现CAS，CPU没有实现LL/SC这对指令，那么就需要寻找软件算法，比如CAS。

CAS缺陷1，ABA问题(JAVA的AtomicStampedReference可以解决此问题)：

线程A执行cas(1,2)，还没执行完成就被抢占；

线程B执行cas(1,2)，cas(2,1)；

线程A继续执行，发现条件成立执行成功，但实际上值中间已经被修改过；

CAS缺陷2，循环时间长开销大。

CAS缺陷3，只能保证一个共享变量的原子操作(AtomicReference可以解决此问题)。

五、CPU锁类型

1、基本操作的原子性，单处理器对同一缓存行的16/32/64位操作是原子操作；

2、总线锁机制，处理器之间访问一块共享内存时顺序执行，先到的CPU先执行，后到的CPU被阻塞；

3、缓存锁机制，比总线锁开销小，但使用场景受限；