一文看盡Java-多線程概念

時間 2019-11-08

標籤一文 java 多線程概念欄目 Java 简体版

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1、前言程序員

主要講解一下多線程中的一些概念，本文以後就開始針對JUC包的設計開始解讀；編程

2、概念緩存

線程安全安全

1.存在共享數據(臨界資源)；2.多個線程同時操做共享數據；只有同時出現這兩種狀況的時候纔會形成線程安全問題；多線程

解決線程安全併發

同一時刻有且只有一個線程在操做共享數據，其餘線程必須等到該線程處理完數據之後在對共享數據進行操做；app

多線程特性編程語言

原子性ide

如今的操做系統主要是經過時間分片的形式來管理線程或者進程，Java編程語言一句語言須要多條CPU指令來完成，Java在多線程切換的時候因爲不知足原子性的特徵，致使共享變量產生意料以外的結果；典型的count+=1，以下圖，共享變量的count的指最終結果是1而不是2；函數

可見性

在多處理器(CPU)系統中，每一個處理器都有本身的高速緩存，而它們又共享同一主內存，總體結構以下圖：

在單核CPU的狀況下，CPU緩存與內存數據一致性問題容易處理，由於全部線程的操做都是針對同一個CPU的緩存，一個線程對緩存的寫對於另外的線程必定是可見的，總體的執行狀況以下圖：

在多CPU的狀況下，每一個CPU都有本身的緩存，這個時候每一個共享變量在CPU中的緩存都是不可見的，這個時候就產生了CPU緩存與內存數據一致性的問題，總體執行的狀況以下圖，因爲count變量分別在不一樣的CPU上執行，相互看不到對方的操做，這個時候變量count就會不一致，產生意料以外的結果，針對這種我也寫了一個demo；

/**
 * @author wtz
 *
 * 線程可見性demo
 */
public class ThreadVisiable {

    private int count = 0;

    private void add() {
        int retry = 0;
        while (retry < 10000) {
            count += 1;
            retry++;
        }
    }

    public int sumCount() throws InterruptedException {

        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            add();
        });

        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            add();
        });

        thread1.start();
        thread2.start();

        thread1.join();
        thread2.join();

        return count;
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ThreadVisiable threadVisiable = new ThreadVisiable();
        int count = threadVisiable.sumCount();
        System.out.println(count);
    }

}

View Code

有序性

編譯器爲了優化性能，有的時候會改變程序中語句的執行順序，在Java經典的雙重檢查建立單例模式，就是其中的一個體現，代碼以下圖：

/**
 * @author wtz
 * <p>
 * 雙重鎖定單例模式 指令重排
 */
public class Singleton {

    private static Singleton singleton;

    private Singleton() {
    }

    public static Singleton getInstance() {
        if (singleton == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (singleton == null) {
                    singleton = new Singleton();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }

}

View Code

代碼總體上看起來無任何瑕疵，可是實際這個方法並不完美，問題出在new的操做上，正常狀況下new Singleton()執行的操做以下步驟：

1.在內存中分配一塊空間；

2.在內存上初始化Singleton對象；

3.將內存地址賦值給singleton變量；

通過編譯器優化之後多是這個樣子：

1.在內存中分配一塊空間；

2.將內存地址賦值給singleton變量；

3.在內存上初始化Singleton對象；

優化之後當CPU時間片切換時間恰好是線程B判斷爲空的時候，這個時候singleton此時不爲空，不須要進入鎖中，這個時候就返回爲初始化的singleton,總體性執行過程以下圖：

競態條件&臨界區

當兩個線程競爭同一資源時，若是對資源的訪問順序敏感，就稱存在競態條件。致使競態條件發生的代碼區稱做臨界區；

互斥鎖

互斥鎖解決了併發程序中的原子性問題,保證同一時刻只有一個線程執行，保證了一個或多個操做在CPU執行的過程當中不被中斷，Java原生語言主要是經過synchronized實現互斥鎖；

Java內存模型

Java內存模型主要是爲了解決內存可見性的問題，使用內存模型約束了CPU緩存和編譯優化；Java內存模型(JMM)從不一樣的角度來講均可以說不少的東西，好比從線程角度來講，JMM規範不一樣線程之間線程通訊的問題，從操做系統的角度來講，JMM規範了工做線程與內存之間訪問的問題；咱們主要從程序員角度來看這個問題的話我認爲能夠從三方面提及：

1.volatile、synchronized和final語義；

2.JUC併發包；

3.happens-before；

咱們主要說第3點，第1，2點之後在補充，咱們先要明白一些概念，才能更好的理解後面的一些內容；happens-before主要有8個原則，咱們通俗的話來說講：

1.程序的順序性，單線程的每一個前面的操做優先於後面的操做；

2.volatile，對於volatile修飾的變量，寫的操做必定優先於讀的操做，也就是說對變量寫操做對於後續的讀操做都是可見的；

3.鎖，解鎖的操做優先於加鎖的操做，在Java鎖指的就是synchronized，變量在解鎖以前的操做，在從新加鎖以後必定能夠看到；

4.傳遞性，A優先於B，B優先於C，則A優先於C；

5.線程開始原則，主線程A啓動子線程B，則子線程B可以看到主線程A在啓動B子線程以前的操做；

6.線程終止原則，主線程A等待子線程B完成，當子線程B完成之後，主線程A可以看到子線程的B的操做；

7.線程中斷原則，對線程interrupt()方法優先於發生被中斷線程檢測到中斷事件的發生；

8.對象終結規則，構造函數的執行必定優先於它的finalize方法；