乐观锁悲观锁,CAS,volatile

悲观锁

假设最坏的情况,每次去读取数据都认为别人会修改数据,所以可能会产生并发,于是每次在拿数据的时候都要上锁。Java里面的同步原语synchronized关键字的实现也是悲观锁。

乐观锁

就是每次拿数据的时候认为不会有人来修改数据,所以不上锁,但是在更新的时候会判断此期间是否有人去修改了锁,如果并发冲突那么就重试,直到成功为止。

CAS

乐观锁是一种思想,而CAS是一种机制,通过CAS(Compare and Swap)可以实现乐观锁。
而实现乐观锁的两个步骤就是
1.冲突检测
2.数据更新

以上的具体问题。。。。还有待研究
见文章https://www.cnblogs.com/qjjazry/p/6581568.html

volatile

https://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920373.html
总结一些核心的思想。。。具体实现还是要多用

总结的说
原理:volatile是可以保证数据的可见性,即当对一个volatile数据进行修改的时候,可以保证此时缓存行的进行读入,并且立即将修改的值从自己的缓存中写入主存,缓存行会等待主存地址更改的通知后,才会读入数据


原理导致的特性:以通过volatile关键字来保证一定的“有序性”,即volatile保证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。可以保证读取到最新的数据,但是不能保证变量自增的原子性。

1.为了提高CPU利用率,每个线程(CPU)都会有自己的缓存,但是由于缓存互相不可见可能会导致数据的脏读等等

要理解volatile,首先要理解一些概念,下面简单介绍下

由于CPU读取速度远远快于主存的读写速度,为了提高CPU利用的效率,设计了高速缓存。
举个例子

i = i + 1;

这个语句在执行的时候,首先将i的值从主存中读入到高速缓存中,然后CPU执行+1的指令,再将结果返回给主存。

单线程执行没有任何问题,但是多核CPU中,每条线程可能运行于不同的CPU中,因此每个线程运行时有自己的高速缓存(对单核CPU来说,其实也会出现这种问题,只不过是以线程调度的形式来分别执行的)。

比如同时有2个线程执行这段代码,假如初始时i的值为0,那么我们希望两个线程执行完之后i的值变为2。但是事实会是这样吗?

可能存在下面一种情况:初始时,两个线程分别读取i的值存入各自所在的CPU的高速缓存当中,然后线程1进行加1操作,然后把i的最新值1写入到内存。此时线程2的高速缓存当中i的值还是0,进行加1操作之后,i的值为1,然后线程2把i的值写入内存。

最终结果i的值是1,而不是2。这就是著名的缓存一致性问题。通常称这种被多个线程访问的变量为共享变量

也就是说,如果一个变量在多个CPU中都存在缓存也可以理解为一个变量被多个线程共享),那么就可能存在缓存不一致的问题。

为了解决缓存不一致性问题,通常来说有以下2种解决方法:
1)硬件层面 ,对CPU总线加锁,但是浪费CPU资源
2)缓存一致性协议

缓存一致性定理:它核心的思想是:当CPU写数据时,如果发现操作的变量是共享变量,即在其他CPU中也存在该变量的副本,会发出信号通知其他CPU将该变量的缓存行置为无效状态,因此当其他CPU需要读取这个变量时,发现自己缓存中缓存该变量的缓存行是无效的,那么它就会从内存重新读取。

2.并发编程中的三个概念

1).原子性: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。
2).可见性:可见性是指当多个线程访问同一个变量时,一个线程修改了这个变量的值,其他线程能够立即看得到修改的值。
例子:

//线程1执行
int i = 0;
i = 10;

//线程2执行
j = i;

假若执行线程1的是CPU1,执行线程2的是CPU2。由上面的分析可知,当线程1执行 i =10这句时,会先把i的初始值加载到CPU1的高速缓存中,然后赋值为10,那么在CPU1的高速缓存当中i的值变为10了,却没有立即写入到主存当中。

此时线程2执行 j = i,它会先去主存读取i的值并加载到CPU2的缓存当中,注意此时内存当中i的值还是0,那么就会使得j的值为0,而不是10.

这就是可见性问题,线程1对变量i修改了之后,线程2没有立即看到线程1修改的值。

3).有序性:
处理器为了提高程序运行效率,可能会对输入代码进行优化,它不保证程序中各个语句的执行先后顺序同代码中的顺序一致,但是它会保证程序最终执行结果和代码顺序执行的结果是一致的。
可指令重排序虽然不会影响单个线程的执行,但是会影响到线程并发执行的正确性。

也就是说,要想并发程序正确地执行,必须要保证原子性、可见性以及有序性。只要有一个没有被保证,就有可能会导致程序运行不正确。

JAVA对于以上三点的保证
1.首先基本操作的赋值读取是原子性的,而对于更大范围的原子性,则用sychronized和Lock来保证
2.JAVA提供了volatile来保证可见性。当一个共享变量被volatile修饰时,它会保证修改的值会立即被更新到主存,当有其他线程需要读取时,它会去内存中读取新值。

另外,通过synchronized和Lock也能够保证可见性,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。

3.有序性:以通过volatile关键字来保证一定的“有序性”,即volatile保证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。

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。

3.volatile

1)保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性,即一个线程修改了某个变量的值,这新值对其他线程来说是立即可见的。

2)禁止进行指令重排序。

//线程1
boolean stop = false;
while(!stop){
    doSomething();
}

//线程2
stop = true;

这个while是否会跳出来呢,有可能,也可能不跳出来

原因在于:线程2改变stop的值之后,还没来得及写入主存,就去做别的事情了,导致线程1看不到线程2的改变。

但是volatile关键字的作用:

第一:使用volatile关键字会强制将修改的值立即写入主存;

第二:使用volatile关键字的话,当线程2进行修改时,会导致线程1的工作内存中缓存变量stop的缓存行无效效);

第三:由于线程1的工作内存中缓存变量stop的缓存行无效,所以线程1再次读取变量stop的值时会去主存读取。

所以说当线程2改变自己缓存中变量的值的时候,会将值立即写入主存,且保证线程1中的缓存行无效,直到等待主存地址被更新后,才会去主存读入值。

但是
volatile关键字能保证可见性没有错。可见性只能保证每次读取的是最新的值,

但是volatile没办法保证对变量的操作的原子性。

例如inc++这个自增语句,包括读取变量的原始值、进行加1操作、写入工作内存
,就有可能导致下面这种情况出现:

假如某个时刻变量inc的值为10,

线程1对变量进行自增操作,线程1先读取了变量inc的原始值,然后线程1被阻塞了;

然后线程2对变量进行自增操作,线程2也去读取变量inc的原始值,由于线程1只是对变量inc进行读取操作,而没有对变量进行修改操作,所以不会导致线程2的工作内存中缓存变量inc的缓存行无效,所以线程2会直接去主存读取inc的值,发现inc的值时10,然后进行加1操作,并把11写入工作内存,最后写入主存。

有序性:

context = loadContext();   //语句1
inited = true;             //语句2

//线程2:
while(!inited ){
  sleep()
}
doSomethingwithconfig(context);

前面举这个例子的时候,提到有可能语句2会在语句1之前执行,那么久可能导致context还没被初始化,而线程2中就使用未初始化的context去进行操作,导致程序出错。

这里如果用volatile关键字对inited变量进行修饰,就不会出现这种问题了,因为当执行到语句2时,必定能保证context已经初始化完毕。

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