Java高并发架构之并发编程-002

多线程并发编程 并发三大要素

一、原子性

原子，一个不可再被分割的颗粒。原子性，指的是一个或多个不能再被分割的操作。

int i = 1; // 原子操作
i++; // 非原子操作，从主内存读取 i 到线程工作内存，进行 +1，再把 i 写到主内存。

虽然读取和写入都是原子操作，但合起来就不属于原子操作，我们又叫这种为“复合操作”。

我们可以用synchronized 或 Lock 、原子变量类来把这个复合操作“变成”原子操作。

案例演示：

public class MultiThread3Factor implements Runnable {
    // Atomicity
    /*    一、原子性

    原子，一个不可再被分割的颗粒。原子性，指的是一个或多个不能再被分割的操作。

    int i = 1; // 原子操作
    i++; // 非原子操作，从主内存读取 i 到线程工作内存，进行 +1，再把 i 写到主内存。

    虽然读取和写入都是原子操作，但合起来就不属于原子操作，我们又叫这种为“复合操作”。

    我们可以用synchronized 或 Lock 来把这个复合操作“变成”原子操作。
    */

    private int i = 0;

    private  void increase() {
        i++;
    }

    private synchronized void increase1() {
        i++;
    }


    Lock mLock = new ReentrantLock();

    private void increase2() {
        mLock.lock();
        try {
            i++;
        } finally {
            mLock.unlock();
        }
    }

    AtomicInteger mAtomicInteger = new AtomicInteger(0);

    private void increase3() {
       i = mAtomicInteger.incrementAndGet();
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        MultiThread3Factor runnable = new MultiThread3Factor();
        Thread thread1 = new Thread(runnable);
        Thread thread2 = new Thread(runnable);
        thread1.start();
        thread2.start();
        thread1.join();
        thread2.join();
        System.out.println(runnable.i);
    }
    
    @Override
    public void run() {
        for (int i =0; i < 2000; i++) {
            increase3();
        }
    }

}

执行效果：

二、可见性

当多线程访问某一个（同一个）变量时，其中一条线程对此变量作出修改，其他线程可以立刻读取到最新修改后的变量。

 public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        // 线程 1 执行
        Thread n = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                i++;
            }
        });
        n.start();

        // 线程 2 执行
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.print("线程2： i=" + i);
            }
        }).start();

    }

 

即使是在执行完线程里的 i++ 后再执行线程 2，线程 2 的输入结果也会有 2 个种情况，一个是 0 和 1。

因为 i++ 在线程 1（CPU1）中做完了运算，并没有立刻更新到主内存当中，而线程 2（CPU2）就去主内存当中读取并打印，此时打印的就是 0。

synchronized和Lock能够保证可见性。

另外volatile关键字也可以解决这个问题

案例2

static boolean stop = true;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        // 线程 1 执行
        Thread n = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                i++;
            }
        });
        n.start();

        // 线程 2 执行
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while (stop){
                    i++;
                }
                System.out.print("i=" + i);
            }
        }).start();
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000);
        System.out.println("stop 线程执行....");
        stop = false;
    }

---

三、有序性

我们都知道处理器为了拥有更好的运算效率，会自动优化、排序执行我们写的代码，但会确保执行结果不变。

例子：

int a = 0; // 语句 1
int b = 0; // 语句 2
i++; // 语句 3
b++; // 语句 4

这一段代码的执行顺序很有可能不是按上面的 1、2、3、4 来依次执行，因为 1 和 2 没有数据依赖，3 和 4 没有数据依赖， 2、1、4、3 这样来执行可以吗？完全没问题，处理器会自动帮我们排序。（没有数据依赖的语句可能会被优化执行顺序）

在单线程看来并没有什么问题，但在多线程则很容易出现问题。

再来个例子：

线程2需要依赖线程1初始化一些数据后才能正常执行。

// 线程 1
init();
inited = true;

// 线程 2
while(inited){
	work();
}

init(); 与 inited = true; 并没有数据的依赖，在单线程看来，如果把两句的代码调换好像也不会出现问题。

但此时处于一个多线程的环境，而处理器真的把这两句代码重新排序，那问题就出现了，若线程 1 先执行 inited = true; 此时，init() 并没有执行，线程 2 就已经开始调用 work() 方法，此时很可能造成一些奔溃或其他 BUG 的出现。

synchronized和Lock能确保原子性，能让多线程执行代码的时候依次按顺序执行，自然就具有有序性。

而volatile关键字也可以解决这个问题，volatile 关键字可以保证有序性，让处理器不会把这行代码进行优化排序。

总结

在进行多线程编程时要时刻保持线程安全的问题。主要关注这3个核心要素的处理