1.基本概念

這三樣東西知識點很多，接觸多執行緒程式設計必然接觸到，專門理一理

也算開個坑，很多細節沒有細緻解釋，後面遇到需要深挖

執行緒安全雖然處處接觸到記憶體，但跟記憶體安全還不是一回事，記憶體安全可以被定義為：不訪問任何未定義的記憶體。如：避免緩衝區溢位，避免引用未初始化等。

可以說記憶體安全涉及到記憶體的分配回收等偏底層操作。

執行緒安全被定義為：多個執行緒訪問類時，無論採取何種排程方式，主調程式碼中也不需要額外的同步和協同，都能表現出正確的行為。這裡的“類”應該被叫成共享資料，同樣是對記憶體進行操作，執行緒安全考慮的是其中包含資料的安全性，而非記憶體地址本身的問題。即考慮的是買下來的房子有沒有進賊，而非糾結這塊地是不是我的。

死鎖，定義一般是下在程序上的：死鎖是指兩個或兩個以上的程序在執行過程中，由於競爭資源或者由於彼此通訊而造成的一種阻塞的現象，若無外力作用，它們都將無法推進下去。在網上找到的解釋大多不分程序執行緒，甚至有寫著寫著就改口的情況。我們知道，程序是計算機分配資源的基本單位，而執行緒是系統獨立排程和分派的基本單位，執行緒不佔有獨立的資源，但上鎖的共享資料之於執行緒一樣能帶來執行緒的死鎖。

2.執行緒安全

執行緒安全的判定圍繞著三個性：原子性，可見性，順序性。

原子性指一件事要麼幹完，要麼全不幹；可見性要求一個執行緒對資料的修改是透明的，即要求大家都能知道；順序性，由《深入理解java虛擬機器》中對

在此理清執行緒安全幾個常見關鍵字：synchronized，volatile，wait，notify，lock。

其實只有synchronized是真正意義上的java關鍵詞，這裡單純用關鍵詞的表意。

Synchronized：

首先是synchronized關鍵字作用域，總結來說，都是鎖物件的：修飾例項方法時，鎖住該例項物件；修飾靜態方法時，鎖住當前類物件；修飾程式碼塊時，鎖住給定物件；synchronized static 雖然叫做類鎖，但光鎖類是沒有意義的，jvm只給物件在堆裡開闢記憶體空間，類鎖鎖住了該類的所有例項物件，還是物件。

考慮到synchronized的實現原理，私以為用鎖來比喻有點不夠恰當：物件在記憶體中佈局中有一塊叫物件頭，其中有一條記錄叫重量級鎖，即synchronized鎖，標誌位是10，指標指向一個叫monitor的東西，姑且叫做保安，保安的資料結構如下：

ObjectMonitor() {

_header = NULL;

_count = 0; //記錄個數

_waiters = 0,

_recursions = 0;

_object = NULL;

_owner = NULL;

_WaitSet = NULL; //處於wait狀態的執行緒，會被加入到_WaitSet

_WaitSetLock = 0 ;

_Responsible = NULL ;

_succ = NULL ;

_cxq = NULL ;

FreeNext = NULL ;

_EntryList = NULL ; //處於等待鎖block狀態的執行緒，會被加入到該列表

_SpinFreq = 0 ;

_SpinClock = 0 ;

OwnerIsThread = 0 ;

}

保安會記錄來訪的人，獲取許可權的人，來訪沒能獲取許可權的人，現在有沒有人在訪問等，jvm給每個物件（房子）都提供一個這樣的保安。

來看看synchronized如何利用monitor機制來確保對物件的安全訪問：

通過反編譯程式碼後的結果可以看出來，synchronized是在程式碼塊中資料操作前加上“monitorenter”指令，結束時加上“monitorexit”指令，入指令會訪問保安，保安計數器為0時可獲取持有權並將計數器加一，如果被佔有則進入阻塞狀態，出指令會到保安處登記，將計數器置0並退出。

因為保安系統是要依賴作業系統層的mutex lock來實現，而每次要在使用者態和核心態直接轉化，故時間成本較高，java後來對synchronized做了優化，引入了輕量鎖，偏向鎖。

Volatile：

什麼叫可見性，是共享變數的改變能及時一致的更新。我們來硬體層面看看不一致更新導致的問題：

計算機在找資料時找目標並非完全隨機的，有時間區域性性和空間區域性性，所以在cpu中設有快取記憶體，速度高的代價就是價格高，所以普遍容量較小。快取存的就是最近用到的資料，不同快取都從主存中讀取同一條資料，可能A執行緒處理完了存回主存，B還在用它快取的，可能B處理完了存回快取，但未更新到主存，A從主存提取的資料就不是最新的了。這類問題都可以被歸結為資料狀態不透明，volatile就是用於解決這一問題。

聲明瞭Volatile的變數寫操作時，會向處理器傳送lock字首的指令。在P6之前比如奔騰處理器中，處理器在申明瞭lock的指令執行期間，會將匯流排鎖起，其他CPU無法訪問匯流排就無法訪問記憶體。之後的處理器中，快取一致協議讓每個處理器嗅探其他處理器和記憶體，包括自己的快取，嗅探到其他處理器打算改寫入一個記憶體地址，而這個地址為共享狀態，則該處理器將自己快取中的該資料置為無效，並在下次訪問時直接從記憶體中提取。

* 一個很容易混淆的問題：volatile申明的資料可以保證透明性，但不能保證原子性。

很多解釋都解釋的不是很清楚：比如說自增操作分為三步，分成volatile不能保證三步的原子性，沒有寫操作不會導致記憶體值的改變等。我們詳細看一下執行緒1，2對資料的操作：1從記憶體讀取資料inc，放在自己處理器快取中，2讀取後並加1並寫入記憶體，這時確實處理器能保證資料的透明性，1執行的處理器將自己快取中的inc作廢，但是這是有範圍的，執行緒1讀取的inc會在主存中開闢一塊記憶體作為副本並下一步用副本資料進行操作，所以從原理上解釋應該成透明性的作用域是有限的，快取一致不代表所有資料都一致。解決這個問題可用狀態標記，double check保證。

wait，notify：

用法不做表述，需要理解的是，wait和notify的作用物件是執行緒本身，跟synchronized作用於物件區分開來。Wait要求執行緒在已經獲取鎖的狀態下放棄資源，進入阻塞狀態，等待notify將其喚醒。所以對共享資料的鎖比作房子的安保制度，wait和notify操作的是對訪問房子的人的行為進行規劃。在理清這一概念後瞭解其工作流程就變得簡單了。

Lock：

lock要和synchronized放在一起說明，synchronized的缺陷有：鎖釋放不靈活，容易被死鎖；讀取操作這一可以並行的操作也被禁止；無法瞭解控制加減鎖。

Lock本質上作為一個介面，提供了一些方法解決：

lock()、tryLock()、tryLock(long time, TimeUnit unit)和lockInterruptibly()是用來獲取鎖的，unLock()方法是用來釋放鎖的。

由於一些特質：

Lock可以讓等待鎖的執行緒響應中斷，而synchronized卻不行；

通過Lock可以知道有沒有成功獲取鎖；

Lock可以提高多個執行緒進行讀操作的效率；

在資源競爭非常激烈的時候，lock的效率遠遠高出synchronized

後續會總結死鎖和多執行緒框架Executor，為多執行緒程式設計打下牢固基礎。