同步语义-synchronized+final

Java中的锁–synchronized

在并发编程中，synchronized一直是非常重要的角色。通过加锁解锁，让临界区互斥执行，并且释放一个锁的线程向获取同一个锁的线程发送消息。
锁获取过程中做到的线程通信
在上面的示意图中，A线程先进行加锁，然后更新a的值，A释放锁之后，线程A会把a的值刷回到主内存中，当B进行加锁的时候，会从主内存中重新读取数据，此时就拿到了最新的A改变的a的值，也就是在两个线程中间做到了通信。锁的这种通信方式也是JMM所采用的共享内存模型。
在JDK1.6之后，对synchronized的语义进行了优化，让这个锁变的没有那么重量级了。

锁的优化

在Java 1.6之后，在Java中，并发的锁有了四种状态：无锁状态、偏向锁、轻量级锁、重量级锁。
在JMM的实现中，无锁状态指的是采用了CAS（CompareAndSet）算法对共享变量进行操作。

CAS

在每次对共享数据进行刷新的时候，传入内存值，旧的预期值和要修改的值，当且仅当内存值和旧的预期值相同时，将这个值修改为要修改的值，否则返回错误。

缺陷

ABA问题。即如果存在两个线程T1和T2，T1使用CAS进行检查，在这期间，T2将数据A先修改到B，再将数据修改回A，T1检查数据是正确的，但是实际上数值已经被修改。
循环时间长开销大。
只能保证一个共享变量的原子操作。

三种锁的优劣：

锁	优点	缺点	适用场景
偏向锁	加锁和解锁不需要额外的消耗，和执行非同步方法相比仅存在纳米级的消耗的差距	如果线程中存在锁竞争，会带来额外的锁撤销的消耗	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

synchronized在执行互斥代码时的步骤

获得互斥锁
清空工作内存
拷贝变量的最新副本到工作内存
执行代码
将更改后的变量的值刷新到主内存
释放锁

final语义规则

对final域，在编译器和处理器之间遵循两个重排序规则：

在构造函数内对一个final域的写入，与随后把这个构造对象的引用赋值给一个引用变量，这两个操作之间不能重排序。
初次读一个包含final域的对象的引用，与随后初次读这个final域，这两个操作之间不能重排序。

写final域的重排序规则

JMM禁止编译器把final域的写重排序到构造函数之外。
编译器会在final域的写之后，构造函数return之前，插入StoreStore屏障。这个屏障禁止处理器把final域的写重排序到构造函数之外。
通过上述两个写域的规则，JMM能够确保在对象引用为任意线程可见之前，对象的final域已经被正确初始化过了，也就是另外一个线程读到的final域的数据一定是期望的值。
线程执行时序图

读final域的重排序规则

在读final域之前，编译器会在操作前面插入一个LoadLoad屏障。通过这个屏障，JMM可以确保在读一个final域之前，一定会先读包含这个final域的对象的引用。
线程执行时序图

this逸出

在执行对象的构造过程的时候，会存在一种诡异的现象：this逸出。也就是在对象构造过程中，对象的引用在对象未能够构造完成的情况下引用被赋值给其他线程。

public class FinalReferenceEscapeExample {
    final int i;
    static FinalReferenceEscapeExample obj;
    public FinalReferenceEscapeExample() {
        i = 1;             //写final域
        obj = this;        //this引用在这里逸出
    }
    public static void writer() {
        new FinalReferenceEscapeExample();
    }
    public static void reader() {
        if (obj != null) {
            int temp = obj.i;
        }
    }
}

在上述代码中，当有两个线程A执行的writer()时候，在构造函数内部，如果发生重排序，即对象赋值先于final初始化发生，并且在这个过程中，线程B执行reader()方法，那么读取到的obj将是已经不为null的对象，接着读取到未初始化的final域i，发生错误。
所以在函数构造过程中，要保证在构造函数返回前，被构造对象的引用不能够被其他线程看见。