Java并发编程学习体系

一、可见性、原子性、有序性(三大特性)

1. 发生背景

由于cpu、内存、io设备的速度差异,做了以下优化

  • cpu 增加了缓存,以均衡与内存的速度差异
  • 操作系统增加了进程、线程,以分时复用cpu,进而均衡cpu与io设备的速度差异
  • 编译程序优化指令执行次序,使得cpu缓存能够得到更加合理利用

2. 带来的问题(引出三大特性)

现实中的并发问题往往是三种问题的综合症

  • 缓存导致的可见性问题
  • 线程切换带来的原子性问题
    原子性外在表现是不可分割,本质是多个资源有一致性要求 ,保证中间状态对外不可见
  • 编译优化,指令优化带来的有序性问题
    举例:双重检查创建单例对象 可能存在问题,所以要对instance进行volatile语义声明,就可以禁止指令重排序

3. 解决办法

本质:通常是按需禁用缓存以及编译优化,来保证可见性和有序性
保证对共享变量的修改 是互斥的(同一时刻只有一个线程执行),来保证原子性
通俗做法分三种:

(1) vollatile
volatile强制所修饰的变量及它前边的变量刷新至内存,并且volatile禁止了指令的重排序,解决可见性和有序性问题

(2) synchronized
必须保证是同一把锁,互斥,本质上是保证串行执行
在解锁的时候,JVM需要强制刷新缓存,使得当前线程所修改的内存对其他线程可见

(3) final
当一个对象包含final修饰的实例字段时,其他线程能够看到已经初始化的final实例字段,这是安全的

二、java内存模型(两大核心之一)

  1. Java内存模型定义了线程和内存的交互方式

在JMM抽象模型中,分为主内存、工作内存。主内存是所有线程共享的,工作内存是每个线程独有的。线程对变量的所有操作(读取、赋值)都必须在工作内存中进行,不能直接读写主内存中的变量。并且不同的线程之间无法访问对方工作内存中的变量,线程间的变量值的传递都需要通过主内存来完成

在这里的工作内存特指物理内存,是cpu的寄存器和高速缓存的抽象描述。主内存相当于硬件的内存。

  1. 内存间的交互操作
  • Lock(锁定):主内存变量锁定
  • Unlock(解锁):主内存变量解锁
  • Read(读取):主内存变量读取,将值传给工作内存,待Load
  • Load(载入):工作内存变量载入,将Read读到的值,存放到本地副本
  • Use(使用):把工作内存的变量传递给执行引擎
  • Assign(赋值):把从执行引擎接收到的的值赋值给工作内存变量
  • Store(存储):把工作内存的变量值传递给主内存,以便后续的write使用
  • Write(写入):用于主内存变量,把store获得的变量的值放入主内存变量
  1. 内存模型解决并发问题主要采用两种方式:限制处理器优化和使用内存屏障
    语义上,内存屏障之前的所有写操作都要写入内存;内存屏障之后的读操作都可以获得同步屏障之前的写操作的结果。因此,对于敏感的程序块,写操作之后、读操作之前可以插入内存屏障。

三、 happens-before规则(两大核心之一)

本质 :前面一个操作的结果对后续操作是可见的

  1. 程序的顺序性规则
    单线程不会出现有序性问题,原来是happens-before第一条规则限制住了编译器的优化

  2. volatile 变量规则
    写先于读指的是不会因为cpu缓存,导致a线程已经写了,但是b线程没读到的情况

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  3. 管程中锁的规则

  4. 线程 start() 规则

  5. 线程 join() 规则

  6. 线程中断规则

  7. 对象终结规则

  8. 传递性(最重要的特性)

四、分工、同步、互斥(构建体系中的三个核心问题)

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