Java并发编程学习体系

一、可见性、原子性、有序性(三大特性)

1. 发生背景

由于cpu、内存、io设备的速度差异，做了以下优化

• cpu 增加了缓存，以均衡与内存的速度差异
• 操作系统增加了进程、线程，以分时复用cpu，进而均衡cpu与io设备的速度差异
• 编译程序优化指令执行次序，使得cpu缓存能够得到更加合理利用

2. 带来的问题(引出三大特性)

现实中的并发问题往往是三种问题的综合症

• 缓存导致的可见性问题
• 线程切换带来的原子性问题
  原子性外在表现是不可分割，本质是多个资源有一致性要求 ，保证中间状态对外不可见
• 编译优化，指令优化带来的有序性问题
  举例：双重检查创建单例对象 可能存在问题，所以要对instance进行volatile语义声明，就可以禁止指令重排序

3. 解决办法

本质：通常是按需禁用缓存以及编译优化，来保证可见性和有序性
保证对共享变量的修改 是互斥的(同一时刻只有一个线程执行)，来保证原子性
通俗做法分三种：

(1) vollatile
volatile强制所修饰的变量及它前边的变量刷新至内存，并且volatile禁止了指令的重排序，解决可见性和有序性问题

(2) synchronized
必须保证是同一把锁，互斥，本质上是保证串行执行
在解锁的时候，JVM需要强制刷新缓存，使得当前线程所修改的内存对其他线程可见

(3) final
当一个对象包含final修饰的实例字段时，其他线程能够看到已经初始化的final实例字段，这是安全的

二、java内存模型(两大核心之一)

1. Java内存模型定义了线程和内存的交互方式

在JMM抽象模型中，分为主内存、工作内存。主内存是所有线程共享的，工作内存是每个线程独有的。线程对变量的所有操作（读取、赋值）都必须在工作内存中进行，不能直接读写主内存中的变量。并且不同的线程之间无法访问对方工作内存中的变量，线程间的变量值的传递都需要通过主内存来完成

在这里的工作内存特指物理内存，是cpu的寄存器和高速缓存的抽象描述。主内存相当于硬件的内存。

2. 内存间的交互操作

• Lock(锁定)：主内存变量锁定
• Unlock（解锁）：主内存变量解锁
• Read(读取)：主内存变量读取，将值传给工作内存，待Load
• Load(载入)：工作内存变量载入，将Read读到的值，存放到本地副本
• Use(使用)：把工作内存的变量传递给执行引擎
• Assign(赋值)：把从执行引擎接收到的的值赋值给工作内存变量
• Store(存储)：把工作内存的变量值传递给主内存，以便后续的write使用
• Write(写入)：用于主内存变量，把store获得的变量的值放入主内存变量

3. 内存模型解决并发问题主要采用两种方式：限制处理器优化和使用内存屏障
   语义上，内存屏障之前的所有写操作都要写入内存；内存屏障之后的读操作都可以获得同步屏障之前的写操作的结果。因此，对于敏感的程序块，写操作之后、读操作之前可以插入内存屏障。

三、 happens-before规则(两大核心之一)

本质 ：前面一个操作的结果对后续操作是可见的

1. 程序的顺序性规则
   单线程不会出现有序性问题，原来是happens-before第一条规则限制住了编译器的优化

2. volatile 变量规则
   写先于读指的是不会因为cpu缓存，导致a线程已经写了，但是b线程没读到的情况

3. 管程中锁的规则

4. 线程 start() 规则

5. 线程 join() 规则

6. 线程中断规则

7. 对象终结规则

8. 传递性(最重要的特性)

四、分工、同步、互斥(构建体系中的三个核心问题)