【高并发】线程安全性

冰 河 发表于 2022/05/10 11:08:56 2022/05/10
【摘要】 定义: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进程将如何交替执行,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,那么就称这个类是线程安全的。

大家好,我是冰河~~

概念

定义: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进程将如何交替执行,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,那么就称这个类是线程安全的。

原子性:提供了互斥访问,同一时刻只能有一个线程来对它进行操作。

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。

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

原子性

原子性-Atomic包

AtomicXXX:CAS、Unsafe.compareAndSwapInt
AtomicLong、LongAdder
AtomicReference、AtomicReferenceFieldUpdater
AtomicStampReference:解决CAS的ABA问题

原子性-锁

synchronized:依赖JVM
Lock:依赖特殊的CPU指令,代码实现,ReentrantLock

原子性-synchronized

修饰代码块:大括号括起来的代码,作用于调用的对象。

修饰方法:整个方法,作用于调用的对象。

修饰静态方法:整个静态方法,作用于所有对象。

修饰类:括号括起来的部分,作用于所有对象。

原子性-对比

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,竞争激烈时能维持常态
Atomic: 竞争激烈时能维持常态,比Lock性能好,只能同步一个值

可见性

导致共享变量在线程间不可见的原因

(1)线程交叉执行
(2)重排序结合线程交叉执行
(3)共享变量更新后的值没有在工作内存与主存间及时更新

可见性-synchronized

JMM(Java内存模型)关于synchronized的两条规定:
(1)线程解锁前,必须把共享变量的最新值刷新到主内存
(2)线程加锁前,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(注意:加锁和解锁是同一把锁)

可见性-volatile

通过加入内存屏障和禁止重排序优化来实现
(1)对volatile变量写操作时,会在写操作后加入一条store屏障指令,将本地内存中的共享变量值刷新到主内存
(2)对volatile变量读操作时,会在读操作前加入一条load屏障指令,从主内存中读取共享变量
注意:volatile不具有原子性

volatile的使用场景

(1)对变量的写操作不依赖于当前值
(2)该变量没有包含在具有其他变量的不必要的式子中

有序性

Java内存模型中,允许编译器和处理器对指令进行重排序,但是重排序过程不会影响到单线程程序的执行,却会影响到多线程并发执行的正确性
可以通过volatile、synchronized、Lock保证有序性

有序性-happens-before原则

(1)程序次序规则:一个线程内,按照代码顺序,书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作
(2)锁定规则: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面对这个变量的读操作
(4)传递规则:如果操作A先行发生于操作B,而操作B又先行发生于操作C,则可以得出操作A先行发生于操作C
(5)线程启动规则:Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每一个动作
(6)线程中断规则:对线程interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生
(7)线程终结规则:线程中所有的操作都先行发生于线程的终止检测,我们可以通过Thread.join()方法结束、Thread.isAlive()的返回值手段检测到线程已经终止执行
(8)对象终结规则:一个对象的初始化完成先行发生于它的finalize()方法的开始

注意:如果两个操作的执行次序无法从happens-before原则推导出来,那么它们就无法保证有序性,虚拟机就可以随意地对它们进行重排序。

好了,今天就到这儿吧,我是冰河,我们下期见~~

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