1 并发三大特性
1.1 原子性
一个或多个操作,要么全部执行,要么全部不执行。Java中,对基本数据类型的变量的读取和赋值操作是原子性操作,但不采取任何原子性保障措施的自增操作不是原子性的,如:i++
public class AtomicTest {
static int count = 0;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread(()->{
for (int j = 0; j < 1000; j++) {
count++;
}
}).start();
}
Thread.sleep(2000);
System.out.println(count);
}
}
上述结果每次执行都不一致,说明发生了线程安全问题
如何保证原子性?
sychronized、lock锁、CAS(AtomicInteger)
1.2 可见性
多个线程访问同一变量,一个线程对其进行修改,其它线程能及时感知
如何保证可见性?
volatile、内存屏障、sychronized、lock锁
1.3 有序性
程序执行的顺序按代码先后顺序执行(为了提升性能,编译器和处理器常常会对指令做重排序,这就可能引发有序性问题)
Java有序性依赖内存屏障
如何保证有序性?
volatile、内存屏障、sychronized、lock锁
2 Java内存模型JMM
并发编程需解决的问题:
1 多线程间如何通信(线程间以何种机制交换数据)
2 多线程间如何同步(不同线程间操作发生的相对顺序)
2.1 JMM的抽象结构
JMM决定一个线程对共享变量的写入何时对另一个线程可见
JMM定义了线程和主存之间的抽象关系
1 共享变量存在主存
2 每个线程又有自己私有的本地内存
3 本地内存存共享变量的副本
4 线程对共享变量的所有操作都必须在本地内存中进行,不能直接读取主存
线程A和线程B要通信的话,必须经历以下两个步骤:
线程A把本地内存A更新过的共享变量更新到主内存
线程B到主内存读取线程A更新过的共享变量
注:线程A无法直接访问线程B的工作内存,线程间通信必须经过主存
2.2 主内存与工作内存交互协议
八大原子操作:
lock:作用于主内存,把一个变量标识为线程独占状态(主内存)
unlock:释放主内存独占状态的变量(主内存)
read:主内存变量传输到工作线程中(主内存)
load:将read操作得到的变量放入工作内存的变量副本中(工作内存)
use:工作内存中的变量传递给执行引擎(工作内存)
assgin:从存储引擎得到的值,赋值给工作内存的变量(工作内存)
store:工作内存的一个变量值传到主内存(工作内存)
write:将store操作从工作内存的变量值放到主内存变量(主内存)
八大原子操作必须满足的规则:
1 把一个变量从主存复制到工作内存,必须顺序地按照read和load操作;把变量从工作内存同步回主存中,必须顺序地按store和write操作
2 不允许 read load store write操作单独出现
3 不允许一个线程丢弃assgin,变量在内存中改变之后必须同步到主存
4 不允许一个线程未发生assgin就从工作内存同步到主存
5 一个新的变量只能在主存中诞生,不允许在工作内存中使用一个未被初始化的变量
6 一个变量同一时刻只允许一个线程进行lock,但可以被同一线程重复执行多次,但也需执行相同次数的unlock操作
7 若对一个变量执行lock操作,会清空工作内存中此变量的值(执行引擎使用这个变量必须重新load或assign)
8 不允许unlock一个未被lock的变量
9 对一个变量执行unlock之前,必须先把该变量同步到主内存中(执行store和write)
可见性问题的产生:
线程B对变量flag的修改,并不会让线程A感知,只有当线程B对主存共享变量flag进行lock时,线程A才会重新去主存中获取
Java中可见性底层的两种实现方式:
1 内存屏障(sychronized、Thread.sleep(10)、volatile)
2 CPU上下文切换(Thread.yield()、Thread.sleep())
2.3 锁的内存语义
锁释放和释放锁的内存语义:
线程获取锁时:JMM把该线程对应的本地内存置为无效
线程获取锁时:JMM把该线程对应的本地内存中变量刷新到主存中
sychronized关键字的作用是确保多个线程访问共享资源时的互斥性和可见性;在获取锁之前,线程会将共享变量的最新值从主存 -> 工作内存,释放锁后会将修改的值刷到主存中,保证可见性
2.4 volatile内存语义
2.4.1 volatile写的语义
当写一个volatile变量时,JMM会把该线程对应的本地内存中的共享变量刷新到主存中
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread(() -> {
for (int j = 0; j < 10000; j++) {
count++; //static volatile int count = 0;
}
}).start();
}
Thread.sleep(10000);
System.out.println(count);
}
上述结果会有所不同,原因:当变量被use到执行引擎中时,volatile并不能改变执行引擎中的值,当变量在执行引擎assign回工作内存中时,会发生覆盖
2.4.2 volatile读的语义
当读一个volatile变量时,JMM会把该线程对应的本地内存置为无效,需要从主存中读取共享变量(volatile读能保证每次读都是最新的数据)
2.4.3 volatile内存语义实现原理