多线程的3个特性

1.原子性

JAVA的原子性就和数据库事务的原子性差不多,即一个操作或者多个操作,要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断,要么就都不执行。在JAVA中,对基本数据类型的变量的读取和赋值操作是原子性操作,即这些操作是不可被中断的,要么执行,要么不执行。JAVA内存模型(JMM)只是保证了基本的原子性,有些操作看似是原子操作,其实不然,举个栗子: 
x = 10; //语句1

y = x; //语句2

x++; //语句3x = x + 1; //语句4 

以上4个语句哪个是原子性操作呢?其实只有语句1是原子性操作,其他三个语句都不是原子性操作。语句1是直接将数值10赋值给x,也就是说线程执行这个语句的会直接将数值10写入到工作内存中。语句2实际上包含2个操作,它先要去读取x的值,再将x的值写入工作内存,虽然读取x的值以及将x的值写入工作内存这2个操作都是原子性操作,但是合起来就不是原子性操作了。同样的,x++和 x = x+1包括3个操作:读取x的值,进行加1操作,写入新的值。所以上面4个语句只有语句1的操作具备原子性。 也就是说,只有简单的读取、赋值(而且必须是将数字赋值给某个变量,变量之间的相互赋值不是原子操作)才是原子操作。如果想实现x++和 x = x+1是原子操作,就需要用到 synchronized 或者是 lock 进行加锁处理。如果是基础类的自增操作可以用AtomicInteger 这样的原子类来实现(其本质是利用CPU级别的CAS指令来完成的)。其中用的最多的方法就是:incrementAndGet() 以原子的方式自增。源码如下:  首先是获得当前的值,然后自增 +1。接着则是最核心的compareAndSet() 来进行原子更新。  其逻辑就是判断当前的值是否被更新过,是否等于current,如果等于就说明没有更新过然后将当前的值更新为next,如果不等于则返回false 进入循环,直到更新成功为止。 

2.可见性

现代计算机中,由于CPU直接从主内存中读取数据的效率不高,所以都会对应的CPU高速缓存,先将主内存中的数据读取到缓存中,线程修改数据之后首先更新到缓存,之后才会更新到主内存。如果此时还没有将数据更新到主内存其他的线程此时来读取就是修改之前的数据。  volatile 关键字就是用于保证内存可见性,当线程A更新了volatile修饰的变量时,它会立即刷新到主线程,并且将其余缓存中该变量的值清空,导致其余线程只能去主内存读取最新值。使用 volatile关键词修饰的变量每次读取都会得到最新的数据,不管哪个线程对这个变量的修改都会立即刷新到主内存。 synchronized和lock也能保证可见性,synchronized和Lock能保证同一时刻只有一个线程获取锁然后执行同步代码,并且在释放锁之前会将对变量的修改刷新到主存当中,因此可以保证可见性,但是和 volatile 相比开销较大。 

3.有序性

有序性:即程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。在Java内存模型中,允许编译器和处理器对指令进行重排序,但是重排序过程不会影响到单线程程序的执行,却会影响到多线程并发执行的正确性。举个栗子: 
       int a = 100 ; //1

       int b = 200 ; //2

       int c = a + b ; //3 
正常情况下的执行顺序应该是 1>>2>>3。但是有时为了提高整体的效率会进行指令重排导致执行的顺序可能是 2>>1>>3。但是也不能是什么都进行重排,是在保证最终结果和代码顺序执行结果一致的情况下才可能进行重排。 在Java里面,可以通过volatile关键字来保证一定的“有序性”。另外可以通过synchronized和Lock来保证有序性,很显然,synchronized和Lock保证每个时刻是有一个线程执行同步代码,相当于是让线程顺序执行同步代码,自然就保证了有序性。另外,Java内存模型具备一些先天的“有序性”,即不需要通过任何手段就能够得到保证的有序性,这个通常也称为 happens-before (先行发生原则)原则。如果两个操作的执行次序无法从happens-before原则推导出来,那么它们就不能保证它们的有序性,虚拟机可以随意地对它们进行重排序。下面就来具体介绍下happens-before原则: 
程序次序规则:一个线程内,按照代码顺序,书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作锁定规则:一个unLock操作先行发生于后面对同一个锁的lock操作volatile变量规则:对一个变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作传递规则:如果操作A先行发生于操作B,而操作B又先行发生于操作C,则可以得出操作A先行发生于操作C线程启动规则:Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每个动作线程中断规则:对线程interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生线程终结规则:线程中所有的操作都先行发生于线程的终止检测,我们可以通过Thread.join()方法结束、Thread.isAlive()的返回值检测到线程已经终止执行

   对象终结规则:一个对象的初始化完成先行发生于他的finalize()方法的开始
 

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