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多线程

时间:2021-07-21 09:25:55      阅读:36      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]
线程是程序执行的最小单元,多线程是指程序同一时间可以有多个执行单元运行(这个与你的CPU核心有关)。
在java中开启一个新线程非常简单,创建一个Thread对象,然后调用它的start方法,一个新线程就开启了。
那么执行代码放在那里呢?有两种方式:1. 创建Thread对象时,复写它的run方法,把执行代码放在run方法里。2. 创建Thread对象时,给它传递一个Runnable对象,把执行代码放在Runnable对象的run方法里。
如果多线程操作的是不同资源,线程之间不会相互影响,不会产生任何问题。但是如果多线程操作相同资源(共享变量),就会产生多线程冲突,要知道这些冲突产生的原因,就要先了解java内存模型(简称JMM)。

java内存模型(JMM)

java内存模型(JMM)介绍

java内存模型决定一个线程对共享变量的写入何时对另一个线程可见。从抽象的角度来说:线程之间的共享变量存储在主内存(main memory)中,每个线程都有一个私有的本地内存(local memory),本地内存中存储了该线程以读/写共享变量的副本。
  1. 存在两种内存:主内存和线程本地内存,线程开始时,会复制一份共享变量的副本放在本地内存中。
  2. 线程对共享变量操作其实都是操作线程本地内存中的副本变量,当副本变量发生改变时,线程会将它刷新到主内存中(并不一定立即刷新,何时刷新由线程自己控制)。
  3. 当主内存中变量发生改变,就会通知发出信号通知其他线程将该变量的缓存行置为无效状态,因此当其他线程从本地内存读取这个变量时,发现这个变量已经无效了,那么它就会从内存重新读取。

可见性

从上面的介绍中,我们看出多线程操作共享变量,会产生一个问题,那就是可见性问题: 即一个线程对共享变量修改,对另一个线程来说并不是立即可见的。
class Data {
    int a = 0;
    int b = 0;
    int x = 0;
    int y = 0;


    // a线程执行
    public void threadA() {
        a = 1;
        x = b;
    }

    // b线程执行
    public void threadB() {
        b = 2; 
        y = a; 
    }
}
如果有两个线程同时分别执行了threadA和threadB方法。可能会出现x==y==0这个情况(当然这个情况比较少的出现)。
因为a和b被赋值后,还没有刷新到主内存中,就执行x = b和y = a的语句,这个时候线程并不知道a和b还已经被修改了,依然是原来的值0。

有序性

为了提高程序执行性能,Java内存模型允许编译器和处理器对指令进行重排序。重排序过程不会影响到单线程程序的执行,却会影响到多线程并发执行的正确性。
class Reorder {
    int x = 0;
    boolean flag = false;

    public void writer() {
        x = 1;
        flag = true;
    }

    public void reader() {
        if (flag) {
            int a = x * x;
            ...
        }

    }
}

例如上例中,我们使用flag变量,标志x变量已经被赋值了。但是这两个语句之间没有数据依赖,所以它们可能会被重排序,即flag = true语句会在x = 1语句之前,那么这么更改会不会产生问题呢?

  • 在单线程模式下,不会有任何问题,因为writer方法是一个整体,只有等writer方法执行完毕,其他方法才能执行,所以flag = true语句和x = 1语句顺序改变没有任何影响。
  • 在多线程模式下,就可能会产生问题,因为writer方法还没有执行完毕,reader方法就被另一线程调用了,这个时候如果flag = true语句和x = 1语句顺序改变,就有可能产生flag为true,但是x还没有赋值情况,与程序意图产生不一样,就会产生意想不到的问题。

原子性

在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,即这些操作是不可被中断的,要么执行,要么不执行。
x = 1;  // 原子性
y = x; // 不是原子性
x = x + 1; // 不是原子性
x++; // 不是原子性
System.out.println(x); // 原子性

公式2:有两个原子性操作,读取x的值,赋值给y。

公式3:也是三个原子性操作,读取x的值,加1,赋值给x。

公式4:和公式3一样。

所以对于原子性操作就两种:1. 将基本数据类型常量赋值给变量。2. 读取基本数据类型的变量值。任何计算操作都不是原子的。

小结

多线程操作共享变量,会产生上面三个问题,可见性、有序性和原子性。
  • 可见性: 一个线程改变共享变量,可能并没有立即刷新到主内存,这个时候另一个线程读取共享变量,就是改变之前的值。所以这个共享变量的改变对其他线程并不是可见的。
  • 有序性: 编译器和处理器会对指令进行重排序,语句的顺序发生改变,这样在多线程的情况下,可能出现奇怪的异常。
  • 原子性: 只有对基本数据类型的变量的读取和赋值操作是原子性操作。
要解决这三个问题有两种方式:
  • volatile关键字:它只能解决两个问题可见性和有序性问题,但是如果volatile修饰基本数据类型变量,而且这个变量只做读取和赋值操作,那么也没有原子性问题了。比如说用它来修饰boolean的变量。
  • 加锁:可以保证同一时间只有同一线程操作共享变量,当前线程操作共享变量时,共享变量不会被别的线程修改,所以可见性、有序性和原子性问题都得到解决。分为synchronized同步锁和JUC框架下的Lock锁。

volatile关键字

看过volatile关键字底层实现就知道,我们使用volatile关键字修饰变量,就相当于给这个变量添加加了内存屏障。那么内存屏障的作用是什么呢?
  1. 它会让本地内存共享变量副本无效,即修改了这个共享变量,它会被强制刷新到主内存。读取这个共享变量,会强制从主内存中读取最新值。因此解决了可见性问题。
  2. 禁止指令重排序,即在程序中在volatile变量进行操作时,在其之前的操作肯定已经全部执行了,而且结果已经对后面的操作可见,在其之后的操作肯定还没有执行。因此解决了有序性问题。
 
 
 

 

多线程

原文:https://www.cnblogs.com/xfeiyun/p/15037414.html

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