Java 并发学习笔记（一）——原子性、可见性、有序性问题

Chao 发布于2019-08-16 17:17 / 2617人阅读

摘要：最后，总结一下，导致并发问题的三个源头分别是原子性一个线程在执行的过程当中不被中断。可见性一个线程修改了共享变量，另一个线程能够马上看到，就叫做可见性。

计算机的 CPU、内存、I/O 设备的速度一直存在较大的差异，依次是 CPU > 内存 > I/O 设备，为了权衡这三者的速度差异，主要提出了三种解决办法：

CPU 增加了缓存，均衡和内存的速度差异

发明了进程、线程，分时复用 CPU，提高 CPU 的使用效率

编译指令优化，更好的利用缓存

三种解决办法虽然有效，但是也带来了另外的三个问题，分别就是并发 bug 产生的源头。

1.可见性问题

如果是单核 CPU，多个线程操作的都是同一个 CPU 缓存，那么一个线程修改了共享变量，另一个线程肯定能马上看到。

如果是多核 CPU ，每个 CPU 都有自己的缓存，这样线程对共享变量的修改便对其他线程不可见了。

2.原子性问题

为什么会有线程切换？一个线程在执行的过程中，可能会进行耗时的 I/O 操作，这时线程需要等待 I/O 操作完成。线程在等待的过程中，可以释放 CPU 的使用权，让另一个线程执行，这样能够提高 CPU 的使用率。

例如上图，两个线程同时对变量 count 加 1，线程 A 在执行的过程中切换到了线程 B，最后导致写入到内存的值都是 1，与预期不符。

3.有序性问题

首先看一段很经典的获取单例对象的代码：

public class Singleton {
    
    private static Singleton instance;
     //Java 获取单例对象
    public Singleton getInstance(){
        if (instance == null){
            synchronized (Singleton.class){
                if (instance == null){
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

程序的逻辑是：首先判断 instance 是否为空，如果为空，对其加锁，然后再判断是否为空，此时为空的话则初始化 instance 对象。

如果线程 A 和 B 同时执行方法，在 synchronized 处，一个线程会被阻塞，假设被阻塞的是线程 B，此时线程 A 进入并初始化 instance，然后唤醒线程 B，线程 B 进入的时候，发现 instance 不为空了，所以不会创建对象。

但是因为有序性问题的存在，这段代码也不是想象的那么完美，我们期望的初始化对象的过程是这样的：1.分配内存；2.初始化对象；3.将内存地址赋给 instance。但是经过编译优化之后，却是这样的：

1.分配内存

2.将内存地址赋给 instance

3.在内存上面初始化对象

这样，如果线程 A 执行到了第二步，然后切换到线程 B，线程 B 就会认为 instance 不为空然后直接返回了，实际上 instance 并没有初始化。

最后，总结一下，导致并发问题的三个源头分别是

原子性：一个线程在执行的过程当中不被中断。

可见性：一个线程修改了共享变量，另一个线程能够马上看到，就叫做可见性。

有序性：编译指令重排导致的问题。

文章版权归作者所有，未经允许请勿转载,若此文章存在违规行为，您可以联系管理员删除。

转载请注明本文地址：https://www.ucloud.cn/yun/74507.html

多线程学习笔记（1）：volatile和synchronized

摘要：今天开始整理学习多线程的知识，谈谈最重要的两个关键字和。但是这样一个过程比较慢，在使用多线程的时候就会出现问题。有序性有序性是指多线程执行结果的正确性。这种机制在多线程中会出现问题，因此可以通过来禁止重排。今天开始整理学习多线程的知识，谈谈最重要的两个关键字：volatile和synchronized。一、三个特性 1、原子性所谓原子性操作就是指这些操作是不可中断的，要么执行过程...

jk_v1 2019-08-16 18:27 评论0 收藏0
来，了解一下Java内存模型(JMM)

摘要：因为管理人员是了解手下的人员以及自己负责的事情的。处理器优化和指令重排上面提到在在和主存之间增加缓存，在多线程场景下会存在缓存一致性问题。有没有发现，缓存一致性问题其实就是可见性问题。网上有很多关于Java内存模型的文章，在《深入理解Java虚拟机》和《Java并发编程的艺术》等书中也都有关于这个知识点的介绍。但是，很多人读完之后还是搞不清楚，甚至有的人说自己更懵了。本文，就来整体的...

kviccn 2019-08-26 12:17 评论0 收藏0
来，了解一下Java内存模型(JMM)

摘要：因为管理人员是了解手下的人员以及自己负责的事情的。处理器优化和指令重排上面提到在在和主存之间增加缓存，在多线程场景下会存在缓存一致性问题。有没有发现，缓存一致性问题其实就是可见性问题。网上有很多关于Java内存模型的文章，在《深入理解Java虚拟机》和《Java并发编程的艺术》等书中也都有关于这个知识点的介绍。但是，很多人读完之后还是搞不清楚，甚至有的人说自己更懵了。本文，就来整体的...

eccozhou 2019-08-19 10:59 评论0 收藏0
【Java并发】线程安全性

摘要：另一个是使用锁的机制来处理线程之间的原子性。依赖于去实现锁，因此在这个关键字作用对象的作用范围内，都是同一时刻只能有一个线程对其进行操作的。线程安全性定义：当多个线程访问某个类时，不管运行时环境采用何种调度方式或者这些线程将如何交替执行，并且在主调代码中不需要任何额外的同步或协同，这个类都能表现出正确的行为，那么就称这个类是线程安全的。线程安全性主要体现在三个方面：原子性、可见性...

刘玉平 2019-08-16 15:08 评论0 收藏0