并发编程的挑战
- 上下文切换；
- 死锁问题：避免一个线程同时获取多个锁；避免一个线程在锁内同时占用多个资源，尽量保证每个锁只占用一个资源；尝试使用定时锁；
- 资源限制：并发编程，执行速度受限于硬件资源和软件资源；
并发编程的底层原理
volatile的应用（轻量级的synchronized）
定义：保证共享变量的“可见性”，当一个线程修改一个变量时，另外一个线程能读到这个修改的值；
volatile的两条实现原则：
- Lock前缀指令会引起处理器缓存会写到内存；
- 一个处理器的缓存回写到内存会导致其它处理器的缓存无效；
volatile的优化：通过一种追加字节的方式优化队列的出队和入队的性能；
原因：一些处理的高速缓冲行是64个字宽，不支持部分缓冲行，即队列的头结点和尾节点都不足64字节的话，处理会将它们都读到一个高速缓冲中，在多处理器每个处理器都会缓存同样的头尾节点，当一个处理器试图修改头节点时，会将整个缓冲行锁定，那么在缓存一致性的作用下，导致其他处理器不能访问自己高速缓存中的尾节点，影响效率；
不适用的场景：
- 缓冲行非64字节宽的处理器；
- 共享变量不会被频繁的写；
synchronized的实现原理与应用（重量级）
形式：
- 对于普通方法，锁是当前实例对象；
- 对于静态同步方法，锁是当前类的Class对象；
- 对于同步方法块，锁是Synchronized括号里配置的对象；
锁的优缺点对比：
| 锁 | 优点 | 缺点 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| 偏像锁 | 加锁和解锁不需要额外的消耗，和执行非同步的方法相比仅存在纳米级的差距 | 线程间存在锁竞争，会带来额外的锁撤销的消耗 | 一个线程访问同步块的场景 |
| 轻量级锁 | 竞争的锁不会阻塞，提高了程序的响应速度 | 如果始终得不到锁竞争的线程，使用自旋会消耗CPU | 追求响应时间 同步块执行速度非常快 |
| 重量级锁 | 线程竞争不使用自旋，不会消耗CPU | 线程阻塞，响应时间缓慢 | 追求吞吐量 同步块执行速度较长 |
原子操作的实现原理
定义：不可被中断的一个或一系列操作；
实现机制：通过总线锁保证原子性；通过缓存锁保证原子性；
java中实现原子操作：通过锁和循环CAS的方式；
CAS的问题：
- ABA问题；
- 循环时间长开销大；
- 只能保证一个共享变量的原子操作；