java并发编程笔记（一）——并发编程简介

java并发编程笔记（一）——简介

线程不安全的类示例

public class CountExample1 {

    // 请求总数
    public static int clientTotal = 5000;

    // 同时并发执行的线程数
    public static int threadTotal = 200;

    public static int count = 0;

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        final Semaphore semaphore = new Semaphore(threadTotal);
        final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(clientTotal);
        for (int i = 0; i < clientTotal ; i++) {
            executorService.execute(() -> {
                try {
                    semaphore.acquire();
                    add();
                    semaphore.release();
                } catch (Exception e) {
                    log.error("exception", e);
                }
                countDownLatch.countDown();
            });
        }
        countDownLatch.await();
        executorService.shutdown();
        log.info("count:{}", count);     //最终得到的结果是小于5000的
    }

    private static void add() {
        count++;  
    }
}

并发：

同时拥有两个或者多个线程，如果程序在单核处理器上运行，多个线程将交替的换入换出内存，这些线程是同时“存在”的，每个线程都处于执行过程中的某个状态，如果运行在多核处理器上，程序中的每个线程都将分配到一个处理器核上，因此可以同时运行。

多个线程操作相同的资源，保证线程安全，合理使用资源

高并发（High Concurrency）：

高并发是互联网分布式系统架构设计中必须考虑的因素之一，它通常是指，通过设计保证系统能够同时并行处理很多请求。

java 内存模型（Java Memory Model,JMM）

java堆

• 可以在运行时动态的分配内存大小；
• 由于在运行时动态的分配大小，所以他的存取速度很慢；

java栈

• 存取速度很快，仅次于计算机的寄存器，栈里的数据都是可以共享的；
• 栈由于存放的数据大小与生存期是要求确定的，所以缺少一定的灵活性；

java线程引用对象的图示

cpu访问主存图示

当两个线程同时访问一个对象时，这两个线程持有的是这个对象的私有拷贝。

cpu模型图

• cpu访问寄存器的速度远大于在主存上的读取速度
• 由于计算机的存储设备与处理器的处理速度有好几个数据量级的差距，所以存在了高速缓存区

java内存模型抽象结构图

java内存模型-同步八种操作

• lock(锁定):作用于主内存的变量，把一个变量标识为一条线程独占状态
• 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
• read(读取):作用主内存的变量，把一个变量值由主内存传输到线程的工作内存中，以便随后的load使用
• load(载入):作用于工作内存的变量，它把read操作从主内存中得到的变量值放入工作内存的变量副本中
• 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
• assign(赋值):作用于工作内存的变量，它把一个从执行引擎接收到的值赋值给工作内存的变量
• store(存储):作用于工作内存的变量，把工作内存中的一个变量的值传送到主存中，以便随后的write的操作
• write(写入):作用于主内存的变量，它把store操作从工作内存中一个变量的值传送到主内存的变量中

java内存模型-同步规则

• 如果要把一个变量从主存中复制到工作内存，就需要按顺序的执行read和load操作，如果把变量从工作内存中同步回主内存中，就要按顺序的执行store和write操作。但java内存模型只要求上述操作必须按顺序执行，而没有保证必须是连续执行
• 不允许read和load、store和write操作之一单独出现
• 不允许一个线程丢弃它的最近assign的操作，即变量在工作内存中改变了之后，必须同步到主内存中
• 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
• 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（load和assign）的变量。即就是对一个变量实施use和store操作之前，必须先执行过了assign和load操作
• 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操作可以被同一条线程重复执行多次，多次执行lock后，只有执行相同次数的unlock操作，变量才会被解锁，lock和unlock必须成对出现
• 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前需要重新执行load或assign操作初始化变量的值
• 如果一个变量事先没有被lock操作锁定，则不允许对它执行unlock操作，也不允许去unlock一个被其他线程锁定的变量
• 对一个变量执行unlock操作之前，必须先把此变量同步到主内存中（执行store和write操作）

并发的优势和风险

优势

• 同时处理多个请求，响应更快，负责的操作可以分成多个进程同时进行
• 程序设计在某些情况下更简单，也可以有更多的选择
• CPU能够在等待IO的时候做一些其他的事情

风险

• 多个线程共享数据可能会产生与期望不相符的结果
• 某个操作无法继续进行下去时，就会发生活跃性问题，比如死锁、饥饿等问题
• 线程过多时会使得CPU频繁切换，调度时间增多，同步至机制；消耗过多内存

总结

• CPU多级缓存：缓存一致性，乱序执行优化
• java内存模型：JMM规定、抽象结构、同步八中操作及规则
• java并发的优势与风险