Java多線程併發學習（一）線程安全性

線程安全性

github學習筆記傳送門

• df: 當多個線程訪問某個類時，不管運行時環境採用何種調度方式或者這些進程將如何交替執行，並且在主調代碼中不需要任何額外的同步或協同，這個類都能表現出正確的行爲，那麼稱這個類是線程安全的

  • 原子性：提供了互斥訪問，同一時刻只能有一個線程來對他進行操作
  • 可見性：一個線程對主內存的修改可以及時的被線程觀察到
  • 有序性：一個線程觀察其他線程中的指令執行順序，由於指令重排序的存在，該觀察結果一般雜亂無序

  1. 原子性 -Atomic包

     • AtomicXXX: CAS,Unsafe.compareAndSwapInt

        // Java底層包、非Java實現
        public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);
     
        // 拿當前對象的值和底層的值進行對比，如果相等才進行操作，如果不同則一直執行，直到相同
        public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
          int var5;
               do {
                   var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
               } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));
       
               return var5;
           }
     
     

     • AtomicLong,LongAdder
       • LongAdder: AtomicLong的實現原理是：利用底層操作系統的CAS來保證原子性，在一個死循環內不斷執行CAS操作，直到操作成功。不過，CAS操作的一個問題是在併發量比較大的時候，可能很多次的執行CAS操作都不成功，這樣性能就受到較大影響。
         在ConcurrentHashMap中，對Map分割成多個segment，這樣多個Segment的操作就可以並行執行，從而可以提高性能。在JDK8中，LongAdder與ConcurrentHashMap類似，將內部操作數據value分離成一個Cell數組，每個線程訪問時，通過Hash等算法映射到其中一個Cell上。
         計算最終的數據結果，則是各個Cell數組的累計求和。
       • 缺點：在統計時如果有併發可能會導致統計的數據有所誤差
     • AtomicReference,AtomicReferenceFieldUpdater
       • AtomicExample5
     • AtomicStampReference: CAS的ABA問題
       • ABA問題：在進行CAS操作時，線程將A改爲B又改回A,每次修改時改變版本號

  2. 原子性-synchronized

     • 修飾代碼塊：大括號括起來的代碼，作用於調用的對象
     • 修飾方法：整個方法，作用於調用的對象
     • 修飾靜態方法：整個靜態方法，作用於所有對象
     • 修飾類：括號括起來的部分，作用於整個對象
     • 與lock的對比
       • synchronized：不可中斷鎖，適合競爭不激烈，可讀性好
       • Lock：可中斷鎖，多樣化同步，競爭激烈時能維持常態
       • Atomic：競爭激烈時能維持常態，比Lock性能要好；但只能同步一個值

  3. 可見性

     導致共享變量在線程間不可見的原因

     • 線程交叉執行
       • 重排序結合線程交叉執行
       • 共享變量更新後的值沒有在工作內存與主存間及時更新
       1. JVM關於synchronized的兩條規定
       2. 線程解鎖前，必須把共享變量的最新值刷新到主內存
       3. 線程加鎖時，將清空工作內存中共享變量的值，從而使用共享變量時需要從主內存中重新讀取最新的值（加鎖和解鎖是同一把鎖）

     2. 可見性 -volatile

        通過加入內存屏障和禁止重排序優化來實現

        1. 對volatile變量寫操作時，會在寫操作後加入一條store屏障指令，將本地內存中的共享變量值刷新到主內存
        2. 對volatile變量讀操作時，會在讀操作前加入一條load屏障指令，從主內存中讀取共享變量
        3. volatile使用 – 作爲標記量使用

        volatile boolean inited = false;
        
        // 線程1
        context = loadContext();
        inited = true;
        
        // 線程2
        while(!inited){
         sleep();
        }
        doSomethingWithConfig(context);
        
        

  4. 有序性

     Java內存模型中，允許編譯器和處理器對指令進行重排序，但是重排序的過程不會影響到單線程程序的執行，卻會影響到多線程併發執行的正確性

     1. happens-before原則：

        程序次序規則：一個線程內，按照代碼順序，書寫在前面的操作先行發生於書寫在後面的操作

     2. 鎖定規則：一個unLock操作先行發生與後邊對同一個鎖的Lock操作

     3. volatile變量規則：對一個變量的寫操作先行發生於後邊對這個變量的讀操作

     4. 傳遞規則：如果操作A先行發生於操作B，而操作B又先行發生於操作C，則可以得出操作A先行發生於操作C

     5. 線程啓動規則：Thread對象的start()方法先行發生於此線程的每一個動作

     6. 線程中斷原則：對線程的interrupt()方法的調用先行發生於被中斷線程的代碼檢測到的中斷事件的發生

     7. 線程終結原則：線程中所有的操作都先行發生與線程的終止檢測，可以通過Thread.join()方法結束、Thread.isAlive()的返回值手段檢測到線程已經終止執行

     8. 對象終結規則：一個對象的初始化完成先行發生於他的finalize()方法的開始