併發編程的挑戰
- 上下文切換；
- 死鎖問題：避免一個線程同時獲取多個鎖；避免一個線程在鎖內同時佔用多個資源，儘量保證每個鎖只佔用一個資源；嘗試使用定時鎖；
- 資源限制：併發編程，執行速度受限於硬件資源和軟件資源；
併發編程的底層原理
volatile的應用（輕量級的synchronized）
定義：保證共享變量的“可見性”，當一個線程修改一個變量時，另外一個線程能讀到這個修改的值；
volatile的兩條實現原則：
- Lock前綴指令會引起處理器緩存會寫到內存；
- 一個處理器的緩存回寫到內存會導致其它處理器的緩存無效；
volatile的優化：通過一種追加字節的方式優化隊列的出隊和入隊的性能；
原因：一些處理的高速緩衝行是64個字寬，不支持部分緩衝行，即隊列的頭結點和尾節點都不足64字節的話，處理會將它們都讀到一個高速緩衝中，在多處理器每個處理器都會緩存同樣的頭尾節點，當一個處理器試圖修改頭節點時，會將整個緩衝行鎖定，那麼在緩存一致性的作用下，導致其他處理器不能訪問自己高速緩存中的尾節點，影響效率；
不適用的場景：
- 緩衝行非64字節寬的處理器；
- 共享變量不會被頻繁的寫；
synchronized的實現原理與應用（重量級）
形式：
- 對於普通方法，鎖是當前實例對象；
- 對於靜態同步方法，鎖是當前類的Class對象；
- 對於同步方法塊，鎖是Synchronized括號裏配置的對象；
鎖的優缺點對比：
| 鎖 | 優點 | 缺點 | 適用場景 |
|---|---|---|---|
| 偏像鎖 | 加鎖和解鎖不需要額外的消耗，和執行非同步的方法相比僅存在納米級的差距 | 線程間存在鎖競爭，會帶來額外的鎖撤銷的消耗 | 一個線程訪問同步塊的場景 |
| 輕量級鎖 | 競爭的鎖不會阻塞，提高了程序的響應速度 | 如果始終得不到鎖競爭的線程，使用自旋會消耗CPU | 追求響應時間 同步塊執行速度非常快 |
| 重量級鎖 | 線程競爭不使用自旋，不會消耗CPU | 線程阻塞，響應時間緩慢 | 追求吞吐量 同步塊執行速度較長 |
原子操作的實現原理
定義：不可被中斷的一個或一系列操作；
實現機制：通過總線鎖保證原子性；通過緩存鎖保證原子性；
java中實現原子操作：通過鎖和循環CAS的方式；
CAS的問題：
- ABA問題；
- 循環時間長開銷大；
- 只能保證一個共享變量的原子操作；