并发编程-基础篇

三大特性

原子性

定义:即一个操作或者多个操作 要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断,要么就都不执行。

Java中的原子性

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 = 10;         //语句1
y = x;         //语句2
x++;           //语句3
x = x + 1;     //语句4
上述语句中,只有语句1是原子性操作,其他三个语句都不是原子性操作。
语句2实际上包含2个操作,它先要去读取x的值,再将x的值写入工作内存,虽然读取x的值以及 
将x的值写入工作内存 这2个操作都是原子性操作,但是合起来就不是原子性操作了。
同样的,x++和 x = x+1包括3个操作:读取x的值,进行加1操作,写入新的值。
也就是说,只有简单的读取、赋值(而且必须是将数字赋值给某个变量,变量之间的相互赋值不是原子操作)才是
原子操作。
从上面可以看出,Java内存模型只保证了基本读取和赋值是原子性操作,如果要实现更大范围操作的原子性,可以
通过synchronized和Lock来实现。由于synchronized和Lock能够保证任一时刻只有一个线程执行该代码块,
那么自然就不存在原子性问题了,从而保证了原子性。

可见性

定义:可见性是指当多个线程访问同一个变量时,一个线程修改了这个变量的值,其他线程能够立即看得到修改的值。

Java中的可见性

对于可见性,Java提供了volatile关键字来保证可见性。
当一个共享变量被volatile修饰时,它会保证修改的值会立即被更新到主存,当有其他线程需要读取时,它会去
内存中读取新值。
而普通的共享变量不能保证可见性,因为普通共享变量被修改之后,什么时候被写入主存是不确定的,当其他线程
去读取时,此时内存中可能还是原来的旧值,因此无法保证可见性。
另外,通过synchronized和Lock也能够保证可见性,synchronized和Lock能保证同一时刻只有一个线程获取锁
然后执行同步代码,并且在释放锁之前会将对变量的修改刷新到主存当中。因此可以保证可见性。

有序性

定义:有序性:即程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。

Java中的有序性

在Java内存模型中,允许编译器和处理器对指令进行重排序,但是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。
在Java里面,可以通过volatile关键字来保证一定的“有序性”。另外可以通过synchronized和Lock来保证
有序性,很显然,synchronized和Lock保证每个时刻是有一个线程执行同步代码,相当于是让线程顺序执行
同步代码,自然就保证了有序性。
另外,Java内存模型具备一些先天的“有序性”,即不需要通过任何手段就能够得到保证的有序性,这个通常也
称为happens-before原则。如果两个操作的执行次序无法从happens-before原则推导出来,那么它们就不能
保证它们的有序性,虚拟机可以随意地对它们进行重排序。
下面就来具体介绍下happens-before原则(先行发生原则):
①程序次序规则:一个线程内,按照代码顺序,书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作
②锁定规则:一个unLock操作先行发生于后面对同一个锁的lock操作
③volatile变量规则:对一个变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作
④传递规则:如果操作A先行发生于操作B,而操作B又先行发生于操作C,则可以得出操作A先行发生于操作C
⑤线程启动规则:Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每个一个动作
⑥线程中断规则:对线程interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生
⑦线程终结规则:线程中所有的操作都先行发生于线程的终止检测,我们可以通过Thread.join()方法结束、
Thread.isAlive()的返回值手段检测到线程已经终止执行
⑧对象终结规则:一个对象的初始化完成先行发生于他的finalize()方法的开始
这8条规则中,前4条规则是比较重要的,后4条规则都是显而易见的。
下面我们来解释一下前4条规则:
对于程序次序规则来说,就是一段程序代码的执行在单个线程中看起来是有序的。注意,虽然这条规则中提到
“书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作”,这个应该是程序看起来执行的顺序是按照代码顺序执行的,
但是虚拟机可能会对程序代码进行指令重排序。虽然进行重排序,但是最终执行的结果是与程序顺序执行的结果
一致的,它只会对不存在数据依赖性的指令进行重排序。因此,在单个线程中,程序执行看起来是有序执行的,这
一点要注意理解。事实上,这个规则是用来保证程序在单线程中执行结果的正确性,但无法保证程序在多线程中
执行的正确性。
第二条规则也比较容易理解,也就是说无论在单线程中还是多线程中,同一个锁如果处于被锁定的状态,那么
必须先对锁进行了释放操作,后面才能继续进行lock操作。
第三条规则是一条比较重要的规则。直观地解释就是,如果一个线程先去写一个变量,然后一个线程去进行读取,
那么写入操作肯定会先行发生于读操作。
第四条规则实际上就是体现happens-before原则具备传递性。

 

posted @ 2023-11-29 23:16  轻寒  阅读(5)  评论(0编辑  收藏  举报