Java并發編程（一）---原子性，可見性，有序性

摘要

并發編程世界里，由于CPU緩存導致的可見性問題，線程切換導致的原子性問題，以及編譯器重排序導致的有序性問題是并發編程Bug的根源。

正文

可見性

一個線程對共享變量的修改。另外一個線程能夠立刻看到，我們稱之為可見性。共享變量指的是存放在堆內存，由所有線程所共享的變量。比如：實例變量，靜態變量。

如圖所示：

共享變量V可以由線程A和線程B同時操作，線程A和B首先從各自的CPU緩存或者寄存器中讀取數值，然后由CPU的寄存器寫入內存中。

public class LongTest { private static long atest = 0L; public void countTest() { for (int i = 0; i < 10000; i++) { atest = atest + 1; } } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { final LongTest longTest = new LongTest(); Thread threadA = new Thread(new Runnable() { public void run() { longTest.countTest(); } }); Thread threadB = new Thread(new Runnable() { public void run() { longTest.countTest(); } }); threadA.start(); threadB.start(); threadA.join(); threadB.join(); System.out.println("*******獲得到的atest值為=" + atest); } }

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

如上程序，運行之后我們會發現 atest 值永遠都不會到達20000，而是在10000-20000之間的隨機數。

原因分析：假設線程A和線程B同時執行 atest = atest + 1;， 線程A 讀取到的原值是0，執行+1操作之后，得到新值1，同樣的，線程B也是讀取到的原值0，然后執行+1操作，得到新值1。這樣就永遠得不到結果2。

類推的話，循環執行10000次也是同理，線程A執行+1操作時不能及時獲得線程B已經寫入的值，故導致值永遠不可能達到20000。

原子性

由于一條高級語句在CPU中可能會分成若干條指令來執行，每條指令執行完之后就有可能會發生線程切換。故線程切換造成的原子性問題。

例如： count=count+1 共有三個指令

指令一: 將count值從內存加載到到CPU的寄存器中

指令二：在寄存器中+1操作

指令三 ：將新值寫入到內存中（由于緩存機制，寫入的可能是CPU的緩存而不是內存）

操作系統做任務切換可以發生在任何一條CPU指令執行完，是CPU指令執行完。

我們將一個或者多個操作在CPU執行過程中不被中斷的特性稱之為原子性。

有序性

編譯器重排序導致的有序性問題：

例如：雙重加鎖中的：

public class SingletonDemo { private static SingletonDemo instance = null; private SingletonDemo(){ } static SingletonDemo getSingletonDemo() { if (instance == null) { synchronized (SingletonDemo.class) { if (instance == null) { instance = new SingletonDemo(); //6 } } } return instance; } }

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

這里會有有序性問題：

問題主要出在了 new SingletonDemo() 這一步

因為instance = new SingletonDemo();主要有三個指令

分配內存空間M

在內存M上初始化對象

然后M的地址賦值給instance變量

正常順序是1-2-3

但是CPU重排序之后執行順序可能變成了 1-3-2

步驟如下：

A首先進入synchronized，由于instance為null,所以它執行instance = new SingletonDemo()；

然后線程 A執行1->JVM先畫出了一些分配給SingletonDemo實例的空白內存，并賦值給instance

在還沒有進行第三步（將instance引用指向內存空間）的時候，恰好發生了線程切換 ，切換到了線程B上，

如果此時線程B也執行getSingletonDemo()方法，那么線程B 在執行第一個判斷是會發現instance!=null，所以直接返回了instance，而此時的instance是沒有初始化的。

總結

并發編程中主要的問題就是可見性問題， 原子性問題，有序性問題。本文介紹了這三種問題的發生原因，以及發生的場景。

Java 任務調度

版權聲明：本文內容由網絡用戶投稿，版權歸原作者所有，本站不擁有其著作權，亦不承擔相應法律責任。如果您發現本站中有涉嫌抄襲或描述失實的內容，請聯系我們jiasou666@gmail.com 處理，核實后本網站將在24小時內刪除侵權內容。

版權聲明：本文內容由網絡用戶投稿，版權歸原作者所有，本站不擁有其著作權，亦不承擔相應法律責任。如果您發現本站中有涉嫌抄襲或描述失實的內容，請聯系我們jiasou666@gmail.com 處理，核實后本網站將在24小時內刪除侵權內容。