本篇主要針對Java虛擬機的晚期編譯優(yōu)化，Java內存模型與線程，線程安全與鎖優(yōu)化進行總結，其余部分總結請點擊Java虛擬總結上篇 ，Java虛擬機總結篇。

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一.晚期運行期優(yōu)化

即時編譯器JIT

即時編譯器JIT的作用就是熱點代碼轉換為平臺相關的機器碼，并進行優(yōu)化，它并不是一個虛擬機所必須的部分，只能說有它是錦上添花。

熱點代碼

熱點代碼分類

• 被多次調用的方法
• 被多次調用的循環(huán)體

熱點探測判定方法

• 基于采樣的熱點探測，虛擬機周期性地檢查棧頂，發(fā)現(xiàn)某個方法經常出現(xiàn)在棧頂，那么這個方法就是熱點方法，簡單高效但不精確
• 基于計數器熱點探測，為每個方法建立計數器來統(tǒng)計執(zhí)行次數，超過閾值就是熱點方法，Hotpot就是采用這種方法。分為方法計數器（統(tǒng)計方法），回邊計數器（統(tǒng)計循環(huán)）

編譯過程（Client Complier）

***階段

• 將字節(jié)碼構造成高級中間代碼表示（HIR）

第二階段

• 將HIR變?yōu)長IR

第三階段

• 使用線性掃描算法，在LIR上分配寄存器，產生機器代碼

優(yōu)化方法

公共子表達式優(yōu)化

當一個表達式A的結果已經計算過了，且A中的所有變量都沒有發(fā)生過變化，那么下一次要用到A時就不用計算了，而是直接取之前A的結果。

數組邊界檢查消除

方法內聯(lián)

逃逸分析

逃逸的定義：一個在方法里定義的變量，作為參數傳遞給其他方法（方法逃逸），或者賦值給類變量（線程逃逸）。

優(yōu)化方法：

棧上分配：不會逃逸的對象就不在堆上分配了，就在棧上分配，那么對象所占的空間就可以隨棧幀的出棧而銷毀，減少垃圾收集系統(tǒng)的壓力。

同步消除：如果一個變量肯定不會逃逸出線程，那么關于這個變量的同步措施就可以去掉。

Java 虛擬機總結給面試的你

二.Java內存模型與線程

內存模型

說了這么多的內存模型，到底什么是內存模型呢？

特定的操作協(xié)議下，對特定的內存或高速緩存進行讀寫訪問的過程抽象。

它的作用是定義程序中各個共享的變量的訪問規(guī)則，即如何將變量寫入內存和從內存中取出變量。Java內存模型有主內存與工作內存之分，所有變量存在主內存中，線程則是擁有自己的工作內存，它是主內存的副本拷貝，線程只能讀寫工作內存。

8種原子操作

• lock（鎖定）：作用于主內存的變量，它把一個變量標識為一條線程獨占的狀態(tài)。
• unlock（解鎖）：作用于主內存的變量，它把一個處于鎖定狀態(tài)的變量釋放出來，釋放后的變量才可以被其他線程鎖定。
• read（讀?。鹤饔糜谥鲀却娴淖兞?，它把一個變量的值從主內存?zhèn)鬏數骄€程的工作內存中，以便隨后的 load 動作使用。
• load（載入）：作用于工作內存的變量，它把 read 操作從主內存中得到的變量值放入工作內存的變量副本中。
• use（使用）：作用于工作內存的變量，它把工作內存中一個變量的值傳遞給執(zhí)行引擎，每當虛擬機遇到一個需要使用到變量的值的字節(jié)碼指令時將會執(zhí)行這個操作。
• assign（賦值）：作用于工作內存的變量，它把一個從執(zhí)行引擎接收到的值賦給工作內存的變量，每當虛擬機遇到一個給變量賦值的字節(jié)碼指令時執(zhí)行這個操作。
• store（存儲）：作用于工作內存的變量，它把工作內存中一個變量的值傳送到主內存中，以便隨后的 write 操作使用。
• write（寫入）：作用于主內存的變量，它把 store 操作從工作內存中得到的變量的值放入主內存的變量中。

volatile變量的特殊規(guī)則

volatile的特性是保證此變量對所有線程的可見性，即當變量的值修改后，其他線程可以立即知道發(fā)生的變化。普通變量則是修改完值后，需要寫回主內存，然后其他線程再從主內存讀取該數據。volatile還可以通過內存屏障來禁止指令的重排序。綜合來講它的讀操作和普通變量差不多，寫操作慢一點。

long和double變量的特殊規(guī)則

8種操作一般都是原子性的，但是對于64位的數據，內存模型允許將沒有被volatile修飾的64位數據的讀寫操作劃分為兩次32位的操作進行---->非原子協(xié)定但一般我們不需要將long和double聲明為volatile。

先行發(fā)生原則

• 程序次序規(guī)則
• 管程鎖定規(guī)則
• volatile變量規(guī)則
• 線程啟動規(guī)則
• 線程終止規(guī)則
• 線程中斷規(guī)則
• 對象終結規(guī)則
• 傳遞性

Java與線程

Java的Thread類大多API都是Native方法，是與平臺相關的。

實現(xiàn)線程的三種方式

• 使用內核線程實現(xiàn)：內核線程即直接由操作系統(tǒng)內核支持的線程，由內核來完成線程切換，程序使用輕量級進程接口與內核線程一對一的關系，內核線程再經由線程調度器分派給CPU。
• 使用用戶線程實現(xiàn)：用戶線程的建立同步銷毀調度完全在用戶態(tài)中完成，不需切換到內核態(tài)，一對多的關系。
• 用戶線程+輕量級進程：多對多的關系。

線程的調度

協(xié)同式調度

線程的執(zhí)行時間由線程自己控制，執(zhí)行完后再主動通知系統(tǒng)切換線程，可能會導致一個線程長時間地阻塞

搶占式調度

由系統(tǒng)分配時間，線程可以主動讓出時間但是不能主動獲得時間，通過設置優(yōu)先級確定順序

線程的狀態(tài)

• 新建：剛剛創(chuàng)建還未啟動
• 運行：正在執(zhí)行或者等待分配時間
• ***等待：不會被CPU分配時間，需要其他線程顯式喚醒
• 有限等待：在一段時間后由系統(tǒng)自動喚醒
• 阻塞：等待一個排他鎖
• 結束

三.線程安全與鎖優(yōu)化

線程安全的程度，依次減弱

• 不可變，將對象中帶狀態(tài)的變量都置為final
• 絕對線程安全，完全符合線程安全定義
• 相對線程安全，對這個對象的單獨的操作是線程安全的，如Vector，HashTable等
• 線程兼容，對象本身不是線程安全的，但是可以在調用端正確地使用同步手段才能保證在并發(fā)環(huán)境下正常使用。
• 線程對立，無論調用端如何努力，都不可能實現(xiàn)線程安全

線程安全的實現(xiàn)方法

1、互斥同步

synchronized關鍵字會在代碼塊的前后分別形成monitorenter和monitorexit指令，這兩個指令需要一個reference對象參數，該鎖有一個計數器以實現(xiàn)同步，進入時將計數器+1，退出時-1，本線程可重入，其他線程需阻塞等待。synchronized的缺點是由于Java線程是映射到操作系統(tǒng)的，所以喚醒阻塞一個線程都需要系統(tǒng)幫忙，需要從用戶態(tài)轉到內核態(tài)，耗費很多處理器時間。

ReentrantLock對synchronized的優(yōu)勢：

• 等待可中斷
• 公平鎖：必須按照申請鎖的時間順序來一次獲得鎖
• 鎖綁定多個條件

2、非阻塞同步

為了解決線程阻塞和喚醒所帶來的性能問題，先對共享數據進行操作，如果沒有競爭就成功了，否則就補償（不斷重試直到成功）

3、無同步方案

• 可重入代碼
• 線程本地存儲，把共享數據的范圍限制到線程內，ThreadLocalMap以ThreadLocalHashMap為鍵,以本地線程變量為值的K-V對

鎖優(yōu)化

鎖優(yōu)化的方案有以下幾種：

• 自旋鎖：為了減少線程阻塞與喚醒的消耗，線程在被阻塞時可以執(zhí)行一個忙循環(huán)（自旋）
• 鎖消除：對不存在共享數據競爭的鎖進行消除
• 鎖粗化：在一個代碼塊內對一個對象連續(xù)的地加鎖解鎖，就對整個代碼塊一次性加鎖減少性能損耗
• 輕量級鎖：無競爭地情況下使用CAS操作去消除同步使用地互斥量
• 偏向鎖：鎖會偏向于***個獲得它地線程