Java併發程式設計學習體系

併發 Java · 發表 2019-05-05 17:32:48

摘要：一、可見性、原子性、有序性(三大特性) 1）發生背景由於cpu、記憶體、io裝置的速度差異，做了以下優化 1、cpu 增加了快取，以均衡與記憶體的速度差異 2、作業系統增加了程序、執行緒，以分時複用cpu，進而均衡cpu與io裝置的速度差異 3、編譯程式優化指令...

一、可見性、原子性、有序性(三大特性)

1）發生背景

由於cpu、記憶體、io裝置的速度差異，做了以下優化

1、cpu 增加了快取，以均衡與記憶體的速度差異

2、作業系統增加了程序、執行緒，以分時複用cpu，進而均衡cpu與io裝置的速度差異

3、編譯程式優化指令執行次序，使得cpu快取能夠得到更加合理利用

2)帶來的問題(引出三大特性)

現實中的併發問題往往是三種問題的綜合症

1、快取導致的可見性問題

2、執行緒切換帶來的原子性問題

原子性外在表現是不可分割，本質是多個資源有一致性要求，保證中間狀態對外不可見

3、編譯優化，指令優化帶來的有序性問題

舉例：雙重檢查建立單例物件可能存在問題，所以要對instance進行volatile語義宣告，就可以禁止指令重排序

3）解決辦法

本質：通常是按需禁用快取以及編譯優化，來保證可見性和有序性

保證對共享變數的修改是互斥的(同一時刻只有一個執行緒執行)，來保證原子性

通俗做法分三種：

(1) vollatile

volatile強制所修飾的變數及它前邊的變數重新整理至記憶體，並且volatile禁止了指令的重排序，解決可見性和有序性問題

(2) synchronized

必須保證是同一把鎖，互斥，本質上是保證序列執行

在解鎖的時候，JVM需要強制重新整理快取，使得當前執行緒所修改的記憶體對其他執行緒可見

(3) final

當一個物件包含final修飾的例項欄位時，其他執行緒能夠看到已經初始化的final例項欄位，這是安全的

二、java記憶體模型(兩大核心之一)

1）Java記憶體模型定義了執行緒和記憶體的互動方式

在JMM抽象模型中，分為主記憶體、工作記憶體。主記憶體是所有執行緒共享的，工作記憶體是每個執行緒獨有的。執行緒對變數的所有操作（讀取、賦值）都必須在工作記憶體中進行，不能直接讀寫主記憶體中的變數。並且不同的執行緒之間無法訪問對方工作記憶體中的變數，執行緒間的變數值的傳遞都需要通過主記憶體來完成

在這裡的工作記憶體特指實體記憶體，是cpu的暫存器和快取記憶體的抽象描述。主記憶體相當於硬體的記憶體。

2) 記憶體間的互動操作

Lock(鎖定)：主記憶體變數鎖定
Unlock（解鎖）：主記憶體變數解鎖
Read(讀取)：主記憶體變數讀取，將值傳給工作記憶體，待Load
Load(載入)：工作記憶體變數載入，將Read讀到的值，存放到本地副本
Use(使用)：把工作記憶體的變數傳遞給執行引擎
Assign(賦值)：把從執行引擎接收到的的值賦值給工作記憶體變數
Store(儲存)：把工作記憶體的變數值傳遞給主記憶體，以便後續的write使用
Write(寫入)：用於主記憶體變數，把store獲得的變數的值放入主記憶體變數

3）記憶體模型解決併發問題主要採用兩種方式：限制處理器優化和使用記憶體屏障

語義上，記憶體屏障之前的所有寫操作都要寫入記憶體；記憶體屏障之後的讀操作都可以獲得同步屏障之前的寫操作的結果。因此，對於敏感的程式塊，寫操作之後、讀操作之前可以插入記憶體屏障。

三、 happens-before規則(兩大核心之一)

本質：前面一個操作的結果對後續操作是可見的

1）程式的順序性規則

單執行緒不會出現有序性問題，原來是happens-before第一條規則限制住了編譯器的優化

2）volatile 變數規則

寫先於讀指的是不會因為cpu快取，導致a執行緒已經寫了，但是b執行緒沒讀到的情況