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Java中的并发——线程安全性

Java中的并发——线程安全性

作者: 小白菜aaa | 来源:发表于2020-10-12 15:38 被阅读0次

    一.什么是线程安全性?

    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,或者这些线程将如何交替执行,并且在主调代码中不需要任何额外的同步或协同,这个类都能表现出正确的行为,则这个类是线程安全的。

    二.线程安全性具体体现在哪儿?

    1.原子性:提供互斥访问,同一时刻只能有一个线程对它进行操作。

    java中如何体现原子性的:

    Atomic包中的类主要通过CAS实现原子性

    CAS的含义是:CompareAndSwap 原理是:

    
    public final int getAndAddInt(Object var1(当前对象),long var2(var1值的偏移量),int var4(对象值要加的值)){
      int var5;
      do{
         var5=this.getIntVolatile(var1,var2);//获得主存中此对象的值
      }while(!this.CompareAndSwapInt(var1,var2,var5,var5+var4));//将主存中的值和当前值比较,如果相等,执行加操作,否则循环执行,直到相等
    
    return var5;//返回
    }
    
    

    CAS的ABA问题:有两个线程1,2,线程1,2同时得到共享变量A,2先将其修改为B后又修改为A,1再进行CAS操作成功,但此时1中的A已经不是原来的A了。导致不安全。

    通过锁来实现原子性

    Java中的锁主要有两种:

    1)synchronized(修饰符):
    修饰代码块:大括号括起来的代码,作用于调用此代码块的对象。
    修饰方法:整个方法,作用于调用此方法的对象。

    修饰静态方法:整个静态方法,作用于此类实例化的所有对象。
    修饰类:括号括起的部分,作用于此类实例化的所有对象。

    2)Lock锁:代码实现 ReentrantLock 它可以指定锁主的范围,例子:

     private static class Buffer{
    
            private static final int CAPACITY=1;//缓冲区大小为1
            private LinkedList<Integer>queue=new LinkedList<>();
    
            //创建互斥锁
            private static Lock lock=new ReentrantLock();
    
            //创建条件
            private static Condition notEmpty=lock.newCondition();
            private static Condition notFull=lock.newCondition();
    
            public void write(int value)
            {
                lock.lock();//上锁
                try{
                    while(queue.size()==CAPACITY){
                        System.out.println("Wait for notFull condition");
                        notFull.await();//令write进入等待
                    }
                    queue.offer(value);//添加value到queue
                    notEmpty.signal();//唤醒read
                }catch(InterruptedException ex)
                {
                    ex.printStackTrace();
                }
                finally{
                    lock.unlock();//解锁
                }
    
            }
    
            public int read()
            {
                int value=0;
                lock.lock();//上锁
                try{
                    while(queue.isEmpty())
                    {
                        System.out.println("\t\t\tWait for notEmpty condition");
                        notEmpty.await();//令read进入等待
                    }
                    value=queue.remove();//弹出元素
                    notFull.signal();//唤醒write
                }catch(InterruptedException ex)
                {
                    ex.printStackTrace();
                }
                finally {
                    lock.unlock();//解锁
                    return value;
                }
            }
        }
    
    

    java中实现原子性的三种方式对比:
    Atomic:竞争激烈时能维持常态,比lock性能好,但只能同步一个值。
    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,灵活性强,竞争激烈时能维持常态。

    2.可见性:一个线程对主内存的修改可以及时的被其他线程观察到

    导致共享变量线程间不可见的原因:线程交叉执行,重排序结合线程交叉执行,共享变量更新后的值没有在工作内存与主存间及时更新

    java中实现可见性:

    1)synochronized:
    JMM关于synchronized有两个规定:
    —线程解锁前,必须把共享变量的最新值刷新到主存中。
    —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。

    2)Volatile
    它主要通过加入内存屏障来禁止重排序来实现。

    3.有序性:一个线程观察其他线程中的指令执行顺序,由于指令重排序,观察结果一般杂乱无序。

    在JMM中允许编译器和处理器对指令进行重排序,重排序的过程不会影响到单线程执行,但是它会干扰到多线程的并发执行的正确性。

    java中除了volatile,synchronized,lock保证了有序性外。

    JVM的原生有序性原则也在一定程度上保证了有序性:

    heppens-before原则:
    1)程序代码执行次序规则
    2)锁写规则: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对此变量的读操作
    4)线程执行规则

    总结:线程安全性主要体现在:原子性,可见性,有序性三个方面。

    结尾

    感谢看到最后的朋友,都看到最后了,点个赞再走啊,如有不对之处还请多多指正。

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