多线程专题

一、基础概念

1、什么是进程？什么是线程？

　　进程是os调度的最小单元，比如启动一个java程序就会创建一个进程，线程是cpu调度的最小单元，一个进程可以创建很多个线程，这些线程有各自的计数器、堆栈、局部变量等属性。

2、什么是JMM模型？

　　java内存模型（Java Memory Model），并不真实存在，描述的是一组规则或规范，这组规范定义了各个变量的访问方式。JVM运行程序的实体是线程，而每个线程创建时JVM都会为其创建一个工作内存，用于存储线程私有的数据，JMM规定所有变量都存储在主内存，主内存是共享区域，所有的线程都可以访问，但是线程变量的操作必须在工作内存中进行，首先将变量拷贝到自己的工作内存空间，然后进行操作，操作完成后回写主内存。不同线程之间无法访问对方的工作内存，线程间的通信必须通过主内存完成。

　　主内存：实例共享区域，包括类信息、常量、静态变量。由于是共享数据区域，多条线程对同一个变量进行访问时可能会发生线程安全问题。

　　工作内存：存储当前方法的所有本地变量信息副本，每个线程只能访问自己的工作内存，即线程中的本地变量对其他线程是不可见的，就算两个线程执行的是同一段代码。

 

数据同步的八大原子操作

1. lock（锁定）：作用于主内存的变量，把一个变量标记为一条线程独占状态
2. unlock（解锁）：作用于主内存的变量，把一个处于锁定状态的变量释放出来，释放后的变量才可以被其他线程锁定
3. read（读取）：作用于主内存的变量，把一个变量值从主内存传输到线程的工作内存中，以便随后的load动作使用
4. load（载入）：作用于工作内存中的变量，把read操作从主内存中获取到的变量写入到工作内存的副本中
5. use（使用）：作用于工作内存的变量，把工作内存中的一个变量值传递给执行引擎
6. assign（赋值）：作用于工作内存中的变量，把执行引擎接收到的值传送到主内存的变量
7. store（存储）：把工作内存中的值传送到主内存，以便后续的write操作
8. write（写入）：把store操作从工作内存中一个变量的值写入到主内存

同步规则分析

1. 不允许一个线程无原因的（没有发生过任何assign操作）把数据从工作内存同步回主内存中
2. 一个新的变量只能在主内存中诞生，不允许在工作内存中直接使用一个未被初始化的变量。即对一个变量实施use和store操作之前，必须先自行load和assign操作
3. 一个变量在同一时刻只允许一条线程对其进行lock操作，但lock操作可以被同一线程重复执行多次，lock与unlock必须成对出现
4. 如果对一个变量执行lock操作，将会清空工作内存中此变量的值，在执行引擎使用这个变量之前需要重新执行load和assign操作
5. 如果一个变量事先没有被lock操作锁定，则不允许对他执行unlock操作
6. 执行unlock之前，必须先把此变量同步到主内存中（执行store和write操作）

并发编程的可见性，原子性与有序性问题

1. 原子性：是指一个操作是不可中断的，即使多线程环境下，一旦开始就不会被其它线程影响。基本数据类型都是原子操作（32为操作系统的long和double不一定，因为long和double是64位存储单元，虚拟机读取到的可能是半个变量的值）
   解决：通过syncchronized和lock能保证任意时刻只有一个线程访问该代码块
2. 可见性：理解指令重排之后，可见性就容易理解了，指的是，当一个线程修改了某个共享变量的值，其它线程是否能够马上得知这个修改的值
   解决：volatile关键字可保证可见性，syncchronized和lock也能保证可见性，因为他们可以保证同一时刻只有一个线程能访问共享资源，并在释放锁之前将修改值刷新到主内存中　　
3. 有序性：如果是多线程环境下，指令重排后的顺序与原指令未必一致
   解决：valatile可以保证一定的有序性，syncchronized和lock可以保证有序性，相当于同一时刻只有一段程序执行同步代码，自然保证了有序性

happens-before原则

1. 程序顺序原则：即在一个线程内，必须保证语义的串行性，也就是说按照代码顺序执行
2. 锁规则：解锁动作必须在加锁之前，那么加锁动作也必须在解锁之后
3. volatile原则：简单理解就是volatile变量在每次线程访问时，都强迫从主变量中读该变量的值，而当该变量发生变化时，又会强迫将最新的值刷新到主内存中
4. 线程启动规则：start方法先于他的每个动作，A在B执行start方法之前修改了共享变量的值，那么这个值对线程B可见
5. 传递性：A先于B，B先于C，那么A必然先于C
6. 线程终止规则：线程所有的操作先于线程的终结，Thread.join()的作用是等待当前执行的线程终止
7. 线程中断规则：可以通过Thread.interrupted()方法检测线程是否中断
8. 对象的终结规则：结束先于finalize()方法。

volatile内存语义

1. 保证被volatile修饰的共享变量对所有的线程总数是可见的，也就是当一个线程修改了被volatile修改的变量值，新值总是可以被其他线程立即得知,但是volatile无法保证原子性
2. 禁止指令重排优化
   

   memory = allocate();//1、分配对象内存空间
   instance(memory);//2、初始化对象
   instance = memory; // 3、设置instance指向刚分配的内存地址

   2、3之间可能存在指令重排，而这就产生了一致性的问题，volatile可以禁止这种指令重排
   
   
3. volatile重排序规则：
   • 第二个操作是volatile写时，不管第一个操作是什么，都不能重新排序。这个规则确保volatile写之前的操作不会被编译器重排到volatile读之前
   • 当第一个操作时volatile读时，不管第二个操作是什么，都不能重新排序。这个规则缺包volatile读之后的操作不会被编译器重排到volatile读之前
   • 第一个是volatile写，第二个是volatile读时不能重排序