Happen-Before原则的借助

Happen-Before 原则可以保证变量的可见性，因此可以通过 “借助” 的方式，来间接地实现对无锁保护变量的安全性保护。

“借助” 技术，一般将程序次序规则和其他某个规则（比如监视器锁规则或者 volatile 变量规则）结合起来实现的。

这种 “借助” 技术，对于代码语句的顺序非常敏感，因此很容易出错，属于一种高级技术。

Java内存模型

一、什么是内存模型？

缓存一致性问题：

• 在多处理器系统中，每个处理器都有自己的高速缓存，而它们又共享同一主内存（Main Memory）
• 当多处理器对同一块主内存区域进行操作时，可能会导致各自的缓存数据不一致，这就是缓存一致性问题

并发问题来源

一、缓存带来的可见性问题

• 计算机中可以保存数据的地方有几个：寄存器、缓存、主内存
• 原始数据都保存在主存上，最初的读取和最终的写入，都是在主存上操作
• CPU 与主存之间存在缓存，每个 CPU 都有自己独立的的缓存
• 操作数据时，首先要将原始数据从主存中读取到 CPU 的缓存中，然后再对缓存的数据进行操作
• 单 CPU 下，一个线程对缓存的修改，对于另一个线程来说是可见的，因为只有一个缓存
• 多 CPU 下，线程可能运行在不同 CPU 上，操作的是各自不同的缓存，相互之间是不可见的

原子变量

一、原子变量类

原子变量类相当于是一种泛化的 volatile 变量，能够支持原子和有条件的读写操作。

1.1 原子类型

• 标量类：AtomicInteger、AtomicLong、AtomicBoolean、AtomicReference
• 数组类：AtomicIntegerArray、AtomicLongArray、AtomicBooleanArray
• 更新器类：AtomicIntegerFieldUpdater、AtomicLongFieldUpdater、AtomicBooleanFieldUpdater
• 复合变量类：AtomicMarkableReference

CAS 操作

一、锁的劣势

• 采用独占的方式访问锁的守护变量
• 获取锁，存在挂起和恢复线程的问题，这些操作都比较耗时
• 等待锁时，线程不能做其他的事情
• 容易出现活跃性故障，比如死锁、活锁等
• 锁竞争激烈时，线程调度开销会非常大

条件队列

一、状态依赖性管理

1.1、前提条件

类中一般有很多依赖于状态的方法，只有满足某些条件时才能正常执行。

比如说，在有界队列中的方法：

• put 方法调用前，必须满足 !isFull() 条件
• take 方法调用前，必须满足 !isEmpty() 条件

像 !isFull()、!isEmpty() 这种被操作依赖的状态条件，称为前提条件。

显式锁

一、内置锁的局限

• 无法中断一个正在等待内置锁的线程
• 无法实现非阻塞结构的加锁规则
• 无法实现公平性的锁等待

并发程序测试

一、并发程序测试

1.1 并发测试的挑战

• 潜在错误的发生具有不确定性，是随机的

1.2 并发测试的类型

1.2.1 安全性测试

• 安全性：不发生任何错误的行为
• 安全性测试：通常采用测试不变性条件和后验条件的形式，即判断某个类的行为在并发测试下，其状态是否与其规范一致

性能问题

一、性能优化

1.1 目的

• 提高程序的整体运行性能

1.2 原则

• 始终把安全性放在第一
• 程序正确后，再想办法提高运行速度

活跃性问题

一、死锁

1.1 死锁条件

• 互斥：资源是互斥的，只能被一个线程持有
• 占用且等待：线程占有一些资源后，在等待其他资源，等待过程中不会释放自己已占用的资源
• 不可剥夺：不可以强行剥夺已被线程占有的资源
• 循环等待：占用资源的线程在循环等待其他占用资源的线程释放资源