java并发编程中的三大问
- 可见性
- 原因分析:
- 解决:
- 原子性
- 原因分析:
- 解决:
- 有序性
- 解决:
首先让我们来了解一下JUC
JUC(Java Util Concurrent)是Java提供的一个并发编程工具包,它解决了在多线程程序中可能遇到的各种并发问题,例如线程安全、死锁、竞态条件等。JUC提供了许多用于控制并发访问的类和接口,如ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch、CyclicBarrier等,这些工具可以帮助开发人员更加方便、高效地编写多线程程序,并减少由于并发问题而导致的程序错误和性能下降。
可见性
线程修改之后,其他线程也能立刻看到。
一个线程对共享变量进行修改,另一个先立即得到修改后的最新值,代码如下
public static Boolean run = true;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 创建一个线程让他一直执行
Thread t1 = new Thread(() -> {
while (run) {
// System.out.println("一直执行...");
}
});
t1.start();
Thread.sleep(200);
// 修改这个run的值,然后让方法一停止运行
Thread t2 = new Thread(() -> {
run = false;
System.out.println("修改值完成");
});
t2.start();
}
结果就是一直执行,无法停止,这是因为在这个线程中修改之后,变化的只有这个线程
原因分析:
如下就是这流程图,线程中执行完毕之后,线程保存了共享变量却无法保存在内存中。
解决:
这里我们就可以使用java中的关键字
- voliate:每次变量修改之后,就会去将主内存中的变量去情况,还有各个线程中的变量也去清空
这样如果这个线程再次使用的时候,就会再次去主内存中去读取这个变量的数据。 - synchronized:这里就去定义一个对象,去设置一个相当于是锁的对象,原理与voliate相同
public static voliate Boolean run = true;
需要注意的是:在写System.out.println(“一直执行…”);因为它的底层是有加synchronized,所以就不会存在可见性问题
原子性
原子型就是因为有一个任务必须一次性完成,中间不会被其他线程去干扰。
模拟原子操作
- 创建五个线程
- 对同一个变量进行++操作
- 最后查看结果,就可以确定是否是原子操作
// 定义添加的变量
static int num = 0;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 定义线程操作
Runnable runnable = () -> {
// 自增操作
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
num++;
}
};
// 定义一个集合去存放着五个线程,为了防止一次执行完毕
ArrayList<Thread> runnableList = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
Thread t = new Thread(runnable);
t.start();
runnableList.add(t);
}
for (Thread run : runnableList) {
run.join();
}
System.out.println(num);
}
运行结果如下
即使我们即使去释放了这个代码中的每个线程的执行,还是可能发生没有加到5000的情况
原因分析:
这个是反编译之后的结果,在图中我们可以看到画红框的四个量中,就是对这个数进行读取与写入的操作,很明显的可以看到,下面的操作并不是原子操作的,所以就有可能发生并发问题。
解决:
这里也使用synchronized来解决,只需要对num++
这一步加锁即可
public static Object obj = new Object();
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
……
synchronized (obj) {
num++;
}
……
}
有序性
一个线程不会因为计算机的优化,而将代码执行顺序进行调整。
这里补充一下,计算机的重排序不会是任意排序的,而是有规则的,列举几种不会重排序的情况
列如:写后读
Int a = 1;
Int b = a;
写后写
Int a = 1;
Int a = 2;
读后写
int a = 1;
Int b = 2;
Int a = 2;
总之就是对不会产生依赖的操作进行重排序,这些操作就可能被编译器和处理器重排序
下面举一个栗子
/**
* 开启两个压测的线程,让他们去执行
* 第一个方法去输出值,第二个方法去赋值
* 那么我们只需要去判断可能出现的一个情况,就能知道,是否重排
* 情况列举:
* 线程执行到num=2,ready是false输出:r1 = 1
* 线程执行到rc2,方法执行完毕之后,在执行ac1输出r1 = 4
*
* 最后一种情况是因为指令重排才可能出现:
* 就有可能出现ac2重排,那么就会出现下面这种情况
* ready = true
* num = 2
* 最后因为ready = true,然后切换到ac1这个方法r1 = 0
*/
代码实现
int num = 0;
boolean ready = false;
@Actor
public void actor1(I_Result r) {
if (ready) {
r.r1 = num + num;
} else {
r.r1 = 1;
}
}
@Actor
public void actor2(I_Result r) {
num = 2;
ready = true;
}
最后结果分析r1 = 0也是有的
解决:
synchronized (obj) {
if (ready) {
r.r1 = num + num;
} else {
r.r1 = 1;
}
}
synchronized (obj) {
num = 2;
ready = true;
}