Java并发15:并发三特性-有序性定义、有序性问题与有序性保证技术
在Java并发编程中,如果要保证代码的安全性,则必须保证代码的原子性、可见性和有序性。
在 Java并发12:并发三特性-原子性、可见性和有序性概述及问题示例中,对并发中的三个特性(原子性、可见性和有序性)进行了初步学习。
本章主要就Java中保障有序性的技术进行更加全面的学习。
1.整体回顾
有序性定义:即程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。
Java自带有序性:happens-before原则。
2.有序性问题
其他大牛们经常拿下面的代码作为有序性的示例:
//线程1: context = loadContext(); //语句1 inited = true; //语句2 //线程2: while(!inited ){ sleep() } doSomethingwithconfig(context);
不过本人并没有通过实际编程运行,来证明此段程序的无序性。
为了更形象的理解有序性问题,本人使用了后面的示例,虽然后面的示例对有序性体现不够准确。
如果各位看官,有更好的能够实际体现有序性问题的示例,请一定告知,十分感谢!
场景说明:
- 有两个线程A和线程B。
- 线程A对变量x进行加法和减法操作。
- 线程B对变量x进行乘法和出发操作。
代码:
这里的示例只是为了方便得到无序的结果而专门写到,所以有些奇特。
static String a1 = new String("A : x = x + 1"); static String a2 = new String("A : x = x - 1"); static String b1 = new String("B : x = x * 2"); static String b2 = new String("B : x = x / 2"); //不采取有序性措施,也没有发生有序性问题..... LOGGER.info("不采取措施:单线程串行,视为有序;多线程交叉串行,视为无序。"); new Thread(() -> { System.out.println(a1); try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(a2); }).start(); new Thread(() -> { System.out.println(b1); System.out.println(b2); }).start();
运行结果:
2018-03-18 00:16:20 INFO ConcurrentOrderlyDemo:63 - 不采取措施:单线程串行,视为有序;多线程交叉串行,视为无序。 A : x = x + 1 B : x = x * 2 B : x = x / 2 A : x = x - 1
通过运行结果发现,多线程环境中,代码是交替的串行执行的,这样会导致产生意料之外的结果。
3.有序性技术保障
在Java中提供了多种有序性保障措施,这里主要涉及两种:
- 通过synchronized关键字定义同步代码块或者同步方法保障有序性。
- 通过Lock接口保障有序性。
3.1.synchronized关键字
定义一个对象用于同步块:
//定义一个对象用于同步块 static byte[] obj = new byte[0];
在多线程环境中进行synchronized关键字的有序性测试:
LOGGER.info("通过synchronized保证有序性:成功"); //通过synchronized保证有序性 new Thread(() -> { synchronized (obj) { System.out.println(a1); try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(a2); } }).start(); new Thread(() -> { synchronized (obj) { System.out.println(b1); System.out.println(b2); } }).start();
运行结果(多次):
2018-03-18 11:02:25 INFO ConcurrentOrderlyDemo:79 - 通过synchronized保证有序性:成功 A : x = x + 1 A : x = x - 1 B : x = x * 2 B : x = x / 2
通过多次运行,发现运行结果一致,所以可以确定synchronized关键字能够保证代码的有序性。
3.2.Lock接口
定义一个Lock锁:
//定义一个Lock锁 static ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock(true);
在多线程环境中进行Lock接口的有序性测试:
LOGGER.info("通过Lock保证有序性:成功"); //通过Lock保证有序性 new Thread(() -> { reentrantLock.lock(); System.out.println(a1); try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(a2); reentrantLock.unlock(); }).start(); new Thread(() -> { reentrantLock.lock(); System.out.println(b1); System.out.println(b2); reentrantLock.unlock(); }).start();
运行结果(多次):
2018-03-18 11:03:34 INFO ConcurrentOrderlyDemo:100 - 通过Lock保证有序性:成功 A : x = x + 1 A : x = x - 1 B : x = x * 2 B : x = x / 2
通过多次运行,发现运行结果一致,所以可以确定Lock接口能够保证代码的有序性。
4.总结
经验证,以下两种措施,可以保证Java代码在运行时的有序性:
- synchronized关键字
- Lock接口
并发三特性总结
特性 | volatile关键字 | synchronized关键字 | Lock接口 | Atomic变量 |
原子性 | 无法保障 | 可以保障 | 可以保障 | 可以保障 |
可见性 | 可以保障 | 可以保障 | 可以保障 | 可以保障 |
有序性 | 一定程度保障 | 可以保障 | 可以保障 | 无法保障 |