1 JVM内存模型

堆：

• 所有对象全部放在共享堆空间中
• 对象的属性在共享堆空间内
  • 内存单字节对齐，short不变

栈：

• 每个线程都有独立的线程栈空间
• 线程栈只存基本类型和对象地址
  • 栈内存4字节对齐，short变int
  • 对象地址4字节，引用堆空间
• 方法中局部变量在线程栈空间内
• 方法参数在栈顶交叉，不拷贝
  • 栈顶寄存，减少中间状态读取
  • PC指针记录当前执行位置 

2 原子性

• 对象类型：
  • 对象地址原子读写，线程安全
  • 并发读不可变状态，线程安全
  • 并发读写可变状态，非线程安全
• 基本类型：
  • int,char数值读写，线程安全
  • long,double高低位，非线程安全
  • i++等组合操作，非线程安全

3 可见性

• final
  • 初始化final字段确保可见性
• volatile
  • 读写volatile字段确保可见性
• synchronized
  • 同步块内读写字段确保可见性
• happen before
  • 遵守happen before次序可见性

4 可排序性

Happen Before 法则

• 程序次序法则
  • 如果A一定在B之前发生，则happen before
• 监视器法则
  • 对一个监视器的解锁一定发生在后续对同一监视器加锁之前
• Volatie变量法则
  • 写volatile变量一定发生在后续对它的读之前
• 线程启动法则
  • Thread.start一定发生在线程中的动作之前
• 线程终结法则
  • 线程中的任何动作一定发生在括号中的动作之前（其他线程检测到这个线程已经终止，从Thread.join调用成功返回，Thread.isAlive()返回false）
• 中断法则
  • 一个线程调用另一个线程的interrupt一定发生在另一线程发现中断之前。
• 终结法则
  • 一个对象的构造函数结束一定发生在对象的finalizer之前
• 传递性
  • A发生在B之前，B发生在C之前，A一定发生在C之前。 

5 系统内存

MESI协议:

• Modified
  • 本CPU写，则直接写到Cache，不产生总线事务；其它CPU写，则不涉及本CPU的Cache，其它CPU读，则本CPU需要把Cache line中的数据提供给它，而不是让它去读内存。 
• Exclusive
  • 只有本CPU有该内存的Cache，而且和内存一致。 本CPU的写操作会导致转到Modified状态。 
• Shared
  • 多个CPU都对该内存有Cache，而且内容一致。任何一个CPU写自己的这个Cache都必须通知其它的CPU。 
• Invalid
  • 一旦Cache line进入这个状态，CPU读数据就必须发出总线事务，从内存读。 

6 内存栅栏

• 读：
  • volatile int a, b; if(a == 1 && b == 2)
  • JIT通过load acquire依赖保证读顺序：
    • 0x2000000001de819c:  adds r37=597,r36;;  ;...84112554
    • 0x2000000001de81a0:  ld1.acq r38=[r37];;  ;...0b30014a a010
• 写：
  • volatile A a; a = new A();
  • JIT通过lock addl使CPU的cache line失效：
    • 0x01a3de1d: movb $0x0,0x1104800(%esi);
    • 0x01a3de24: lock addl $0x0,(%esp);

7 查看JIT编译结果

java -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:PrintAssemblyOptions=hsdis-print-bytes -XX:CompileCommand=print,*AtomicInteger.incrementAndGet

8 对齐

LinkedTransferQueue
static final class PaddedAtomicReference <T> extends AtomicReference <T> {
    Object p0, p1, p2, p3, p4, p5, p6, p7, p8, p9, pa, pb, pc, pd, pe;
    PaddedAtomicReference(T r) {
        super(r);
    }
}

16个地址的长度，刚好占满一个cache line的长度。

确保两个引用，不在同一cache line上，防止多锁竞争。

9 引用

private Channel channel;

public void setChannel (Channel channel ) {
    this.channel  = channel;
}

public void run() {
	Channel channel = this.channel; // localed reference
    if (channel != null && channel.isConnected()) {
        // do something …
    }

}


public void check() {
    if (channel != channel)
        throw new Error("check error!");
}

10 单例

11 多锁

12 计数

13 缓存

14 线程安全策略

• 不可变类
  • 如果一个类初始化后，所有属性和类都是final不可变的，则它是线程安全，不需要任何同步，活性高。
• 线程栈内使用
  • 方法内局部变量使用
  • 线程内参数传递
  • ThreadLocal持有
• 同步锁
  • synchronized的代码串行执行，线程安全，但活性低。
  • volatile变量锁外双重检测(JDK1.5+)，降低锁竞争。
  • 读写条件分离，锁粒度分级，排序锁。
• CAS (CompreAndSet)
  • 循环设新值，如果旧值变化，则重设，乐观并发。

15 习惯

敲每个点号时，考虑：

• 会不会出现空指针？
• 有没有异常抛出？
• 是不是在热点区域？
• 在哪个线程执行？
• 有没有并发锁间隙？
• 会不会并发修改不可见？

转自梁飞的PPT

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