多线程问题
线程安全
多线程主要是为了提高我们应用程序的使用率。但同时,这会给我们带来很多安全问题
因为在多线程的环境下,线程是交替执行的,一般他们会使用多个线程执行相同的代码。如果在此相同的代码里边有着共享的变量,或者一些组合操作,我们想要的正确结果就很容易出现了问题
性能问题
使用多线程我们的目的就是为了提高应用程序的使用率,但是如果多线程的代码没有好好设计的话,那未必会提高效率。反而降低了效率,甚至会造成死锁!
学习使用哪种同步机制来实现线程安全,并且性能是提高了而不是降低了~
一般会有下面这么几种办法来实现线程安全问题:
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无状态(没有共享变量)
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使用final使该引用变量不可变(如果该对象引用也引用了其他的对象,那么无论是发布或者使用时都需要加锁)
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加锁(内置锁,显示Lock锁)
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使用JDK为我们提供的类来实现线程安全(此部分的类就很多了)
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原子性(就比如上面的
count++
操作,可以使用AtomicLong来实现原子性,那么在增加的时候就不会出差错了!) -
容器(ConcurrentHashMap等等…)
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……
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…等等
原子性
在多线程中很多时候都是因为某个操作不是原子性的,使数据混乱出错。如果操作的数据是原子性的,那么就可以很大程度上避免了线程安全问题了!
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count++
,先读取,后自增,再赋值。如果该操作是原子性的,那么就可以说线程安全了(因为没有中间的三部环节,一步到位【原子性】~
原子性就是执行某一个操作是不可分割的, 比如上面所说的count++
操作,它就不是一个原子性的操作,它是分成了三个步骤的来实现这个操作的~ - JDK中有atomic包提供给我们实现原子性操作
Atomic
原子变量类在java.util.concurrent.atomic
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基本类型:
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AtomicBoolean:布尔型
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AtomicInteger:整型
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AtomicLong:长整型
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数组:
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AtomicIntegerArray:数组里的整型
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AtomicLongArray:数组里的长整型
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AtomicReferenceArray:数组里的引用类型
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引用类型:
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AtomicReference:引用类型
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AtomicStampedReference:带有版本号的引用类型
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AtomicMarkableReference:带有标记位的引用类型
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对象的属性:
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AtomicIntegerFieldUpdater:对象的属性是整型
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AtomicLongFieldUpdater:对象的属性是长整型
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AtomicReferenceFieldUpdater:对象的属性是引用类型
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JDK8新增DoubleAccumulator、LongAccumulator、DoubleAdder、LongAdder
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是对AtomicLong等类的改进。比如LongAccumulator与LongAdder在高并发环境下比AtomicLong更高效。
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可见性 volatile
对于可见性,Java提供了一个关键字:volatile给我们使用~
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我们可以简单认为:volatile是一种轻量级的同步机制
volatile经典总结:volatile仅仅用来保证该变量对所有线程的可见性,但不保证原子性
我们将其拆开来解释一下:
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保证该变量对所有线程的可见性
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在多线程的环境下:当这个变量修改时,所有的线程都会知道该变量被修改了,也就是所谓的“可见性”
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不保证原子性
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修改变量(赋值)实质上是在JVM中分了好几步,而在这几步内(从装载变量到修改),它是不安全的。
使用了volatile修饰的变量保证了三点:
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一旦你完成写入,任何访问这个字段的线程将会得到最新的值
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在你写入前,会保证所有之前发生的事已经发生,并且任何更新过的数据值也是可见的,因为内存屏障会把之前的写入值都刷新到缓存。
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volatile可以防止重排序(重排序指的就是:程序执行的时候,CPU、编译器可能会对执行顺序做一些调整,导致执行的顺序并不是从上往下的。从而出现了一些意想不到的效果)。而如果声明了volatile,那么CPU、编译器就会知道这个变量是共享的,不会被缓存在寄存器或者其他不可见的地方。
一般来说,volatile大多用于标志位上(判断操作),满足下面的条件才应该使用volatile修饰变量:
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修改变量时不依赖变量的当前值(因为volatile是不保证原子性的)
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该变量不会纳入到不变性条件中(该变量是可变的)
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在访问变量的时候不需要加锁(加锁就没必要使用volatile这种轻量级同步机制了)
线程封闭
在多线程的环境下,只要不使用成员变量(不共享数据),那么就不会出现线程安全的问题了。
在方法上操作,只要我们保证不要在栈(方法)上发布对象(每个变量的作用域仅仅停留在当前的方法上),那么我们的线程就是安全的
在线程封闭上还有另一种方法:ThreadLocal
使用这个类的API就可以保证每个线程自己独占一个变量
不变性
final仅仅是不能修改该变量的引用,但是引用里边的数据是可以改的!
就好像HashMap,用final修饰了。但是它仅仅保证了该对象引用hashMap变量
所指向是不可变的,但是hashMap内部的数据是可变的,也就是说:可以add,remove等等操作到集合中。因此,仅仅只能够说明hashMap是一个不可变的对象引用
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把HashMap中的对象也设计成是一个线程安全的类
要想将对象设计成不可变对象,那么要满足下面三个条件:
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对象创建后状态就不能修改
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对象所有的域都是final修饰的
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对象是正确创建的(没有this引用逸出)