Java并发编程 - volatile, synchronize关键字实现原理
2017-03-07 09:38
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Java代码在编译后会变成Java字节码, 字节码被
Java中所使用的并发机制依赖于JVM的实现和CPU的指令.
由于
但操作完全不知道何时会写回内存.
被
当前操作的的CPU会强制将缓存行中的变化立即写回到内存中;
这个写回内存的操作会使在其他CPU里缓存了该内存地址的数据立即失效, 也就是其他CPU如果需要再使用这个变量,
需要重新到内存中读取到CPU缓存中;
JavaSE 1.6中, 锁一共有四种状态, 级别从低到高依次为: 无锁状态, 偏向锁, 轻量级锁, 重量级锁. 当低级的锁机制不适配的时候, 程序会自动将锁升级为高级别的锁.
不可被中断的一个或者一系列操作
自旋CAS如果长时间不成功, 会给CPU带来非常大的执行开销
只能保证一个共享变量的原子操作
如果一个类有两个以上的field时, 就需要使用锁了.
ClassLoader加载到JVM中, JVM执行字节码, 最终要转化为汇编指令在CPU上执行,
Java中所使用的并发机制依赖于JVM的实现和CPU的指令.
volatile原语
volatile是轻量级的
synchronized, 它在多CPU(注意不仅仅是多核)开发中保证了共享变量的可见性.
由于
volatile只保证了可见性, 无法保证原子性, 所以比
synchronized的执行成本更低, 它不会引起上下文的切换和调度.
volatile实现原理
为加快CPU的处理速度, 它是不直接与内存进行通信, 而是先将系统内存的数据读到CPU内部缓存(L1, L2或其他)后再进行操作,但操作完全不知道何时会写回内存.
被
volatile标注的变量如果被修改了, 会引起一系列的变化:
当前操作的的CPU会强制将缓存行中的变化立即写回到内存中;
这个写回内存的操作会使在其他CPU里缓存了该内存地址的数据立即失效, 也就是其他CPU如果需要再使用这个变量,
需要重新到内存中读取到CPU缓存中;
synchronized原语实现原理与应用
Java中的每一个对象都可以作为锁JavaSE 1.6中, 锁一共有四种状态, 级别从低到高依次为: 无锁状态, 偏向锁, 轻量级锁, 重量级锁. 当低级的锁机制不适配的时候, 程序会自动将锁升级为高级别的锁.
偏向锁
偏向锁使用了一种等到竞争出现才释放锁的机制, 所以当其他线程尝试竞争偏向锁时, 持有偏向锁的线程才会释放锁.轻量级锁
在竞争锁的时候, 不会阻塞, 而是使用’自旋’机制反复尝试获取锁(始终消耗CPU时间片), 直到获取锁.重量级锁
就是JavaSE 1.6之前的锁机制锁的优缺点对比
类别 | 优点 | 缺点 | 适用场景 |
---|---|---|---|
偏向锁 | 和执行非同步的方法相比仅存在纳秒级的差距 | 如果线程间存在锁竞争, 则会带来额外的锁撤销的消耗 | 适用于长期只有一个线程访问同步块的场景 |
轻量级锁 | 竞争锁的线程不会阻塞, 提高了程序的响应速度 | 竞争的线程会自旋, 消耗CPU | 追求响应时间, 且同步块执行速度非常快的场景 |
重量级锁 | 竞争锁的线程不自旋, 不会消耗CPU | 竞争锁的线程会阻塞, 相应时间缓慢 | 追求吞吐量, 或者是同步块执行时间较长的时候 |
原子操作的实现原理
原子操作的定义是:不可被中断的一个或者一系列操作
CPU如何实现原子操作
总线锁
使用处理器提供的一个LOCK#信号, 当一个处理器在总线上输出此信号时, 其他处理器的请求将被阻塞, 那么该处理器可以独占共享内存.缓存锁
同一时刻, 我们只需要保证对某个内存地址的操作是原子性的即可Java如何实现原子操作
Java中可以通过锁和循环CAS(Compare and Set)的方式来实现原子操作, 具体的表现形式是内置了一些类来支持原子操作: 如AtomicBoolean,
AtomicInteger,
AtomicLong等
CAS实现原子操作的问题
循环开销大:自旋CAS如果长时间不成功, 会给CPU带来非常大的执行开销
只能保证一个共享变量的原子操作
如果一个类有两个以上的field时, 就需要使用锁了.
使用锁机制来实现原子操作
实际上线程操作锁的方式在底层也是使用循环CAS的方式来进行锁的获取和释放的.相关文章推荐
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