《Java并发编程的艺术》读书笔记
为什么要并发？现在的机器都是带多核处理器的，为了能充分发挥多核处理器的优势，并发编程就派上用场了。当然，在单核处理器的情况下，如果碰到了IO密集型的程序，并发编程也能重复利用处理器。并发的多线程程序通常响应更快。
但是，并发程序更快并不是绝对的，线程之间的上下文切换是需要消耗时间的，如果上下文切换花费的时间多于多线程带来的程序执行的减少时间，那么并发程序反而比串行执行程序花费的时间更多。
而且，编写并发程序往往要比编写串行程序难。
Java并发机制的底层实现原理
volatile
volatile关键字能够保证被修饰的变量的可见性和顺序性。
由于CPU的速度和内存的速度有着巨大的差距，为了提高处理速度，CPU不直接与内存进行交互，而是先将数据读到CPU的高速缓存，然后CPU从高速缓存读取数据，写也先写到高速缓存中，然后再写入内存，每个CPU都有高速缓存，这样就会出现CPU读到的数据可能与内存中的数据不一致。
volatile变量的写，在写完高速缓存后会马上写入内存，每次读都会先使高速缓存实现，然后从内存读取。volatile变量也不会与其他变量发生重排序。
synchronized
synchronized关键字可以修饰方法，也可以用在同步代码块中，修饰静态方法时，使用的锁是当前类的Class对象，修饰普通方法时，使用的锁是当前对象，用在同步代码块的时候需要自己指定锁。
Java中的对象在对象头部分会存有HashCode值、分代年龄和锁标记。
synchronized使用的锁又4种状态：无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态和重量级锁状态。
偏向锁
研究发现，在多数情况下，锁总是由同一个线程多次获得，为了让线程获得锁的代价更低就引入了偏向锁。
在锁对象的锁标记中会记录偏向的线程的ID，在该线程要获得该锁时，只要测试一下这个锁对象的锁标记是否指向该线程就可以了，如果不是，则测试一下该锁对象是否是偏向锁，是的话就通过CAS设置该锁指向当前线程，如果不是，则通过CAS来竞争锁。
偏向锁使用了一种等到竞争出现才释放锁的机制，所以当其他线程尝试竞争锁时，持有该锁的线程才会释放锁。
轻量级锁
轻量级锁在获取的时候，会先将锁的对象头中的Mark Word数据复制到线程栈的锁记录中，然后通过CAS将锁的对象头中的标记指向该锁记录，如果成功则获得了锁。
释放轻量级锁时，通过CAS将锁记录复制到锁对象的对象头中，如果失败则升级到重量级锁。
重量级锁
重量级锁就是一般意义上的锁，会阻塞线程。
锁的对比
| 锁 | 优点 | 缺点 | 使用场景 |
|---|---|---|---|
| 偏向锁 | 加锁和解锁不需要额外的消耗 | 如果线程间存在锁竞争，会带来额外的锁撤销消耗 | 适用于只有一个线程访问同步块的场景 |
| 轻量级锁 | 竞争的线程不会阻塞，提供了程序的响应时间 | 如果始终得不到锁，会自旋消耗CPU | 最近响应时间，同步代码块执行速度块 |
| 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 | 最近吞吐量，同步代码块执行速度长 |
原子操作
原子操作是指不可被中断的一个或多个操作。
CAS（比较并交换），输入两个值，一个旧值和一个新值，如果旧值没有变化，就将其设置为新值，如果变化了就不做处理。
Java中可以通过锁和CAS来实现原子操作。从JDK1.5开始java.util.concurrent.atomic包中包含了一些支持原子操作的类。
CAS实现原子操作的问题
ABA问题
旧值从A变成B然后又变回A，这种情况，CAS无法感知，会认为旧值一直没变过。
循环时间长开销大
自旋CAS如果长时间不成功，会给CPU带来非常的开销。
只能保证一个共享变量的原子操作
如果要对个共享变量的操作，CAS就无力了。
锁实现原子操作
使用锁实现原子操作，只有获得锁的线程才能进入代码块或方法，在锁所保护的代码块或方法内可以又任意多个操作。
除了偏向锁，其他锁的获取都是通过CAS方式来获取的。