Java并发理论基础—线程安全性

线程安全性

        当多个线程访问某个类时,不管运行时环境采用何种调度方式或者这些进程如何交替执行,并且在主调代码中无需任何额外的同步或协同,这个类都能表现出正确的行为,那么就称这个类是线程安全的。

线程安全性——原子性

        提供了互斥访问,同一时刻只能有一个线程来对它进行操作。

        原子性——Atomic包

        CAS原理:Unsafe类提供了一个包含do while语句的方法,该方法的循环条件是compareAndSwapXxx方法,该方法的意思是拿当前对象的值 (工作内存)跟底层的值(主内存)进行比较,如果相同则执行对应的操作,如果不相同,则不停地执行循环体中的方法来取最新的值。

        AtomicStampReference:核心是为了解决CAS的ABA问题

        什么是ABA问题?当进行CAS的操作时,其它线程将变量的值A改为B,但是又改回为A,等当前线程用期望值与A进行比较的时候,发现A变量没有变,于是CAS就将A值进行了交换操作,这个时候实际上A变量的值已经被其它线程改变过,这与设计思想是不符合的。

        那么,ABA问题的解决思路是,每次变量更新的时候,把变量的版本号加1,这样只要变量被某个线程修改过,该变量的版本号就会发生递增变化。

        原子性——锁

        synchronized修饰的四种对象:

        1、修饰代码块,大括号括起来的代码,作用于调用的对象

        2、修饰方法,整个方法,作用于调用的对象

        3、修饰静态方法,整个静态方法,作用于所有对象

        4、修饰类,括号括起来的部分,作用于所有对象

        原子性——对比

        synchronized:不可中断锁,适合竞争不激烈,可读性好

        Lock:可中断锁,多样化同步,竞争激烈时能维持常态

        Atomic:竞争激烈时能维持常态,比Lock性能好;只能同步一个值

线程安全性——可见性

        一个线程对主内存的修改可以及时地被其它线程观察到。

        导致共享变量在线程间不可见的原因:

        1、线程交叉执行

        2、重排序结合线程交叉执行

        3、共享变量更新后的值没有在工作内存与主存间及时更新

        JMM(Java内存模型)关于synchronized的两条规定:

        1、线程解锁前,必须把共享变量的最新值刷新到主内存

        2、线程加锁时,将清空工作内存中共享变量的值,从而使用共享变量时需要从主内存中重新读取最新的值(注意,加锁与解锁是同一把锁)

        可见性——volatile

        通过加入内存屏障和禁止重排序优化来实现。

        1、对volatile变量写操作时,会在写操作后加入一条store屏障指令,将本地内存中的共享变量值刷新到主内存

        2、对volatile变量读操作时,会在读操作前加入一条load屏障指令,从主内存中读取共享变量

线程安全性——有序性

        一个线程观察其它线程中的指令执行顺序,由于指令重排序的存在,该观察结果一般杂乱无序。

        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。

        有序性——happens-before原则

        1、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

        2、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

        3、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

        4、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

        5、线程启动规则:Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每一个动作

        6、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

        7、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() 的返回值手段检测到线程已经终止执行

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

        注意:如果两个操作的执行顺序不能从happens-before原则中推导出来,那么这就无法保证它们的有序性,虚拟机可以随意地对它们进行重排序。

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