线程的本质（操作系统与CPU是如何执行线程的）

最新推荐文章于 2025-03-31 09:33:42 发布

HCH996

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分类专栏： Java

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本文深入探讨Java多线程中的线程可见性、有序性问题，以及指令重排的影响。通过实例分析了DCL双检锁模式的隐患，并解释了volatile关键字如何确保内存可见性和有序性。同时，讨论了Jvm中的HappensBefore原则和缓存一致性协议。最后，介绍了如何利用volatile修正并发问题，以及volatile在防止指令重排序中的作用。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

Jvm中不可重排的8种指令 HappensBefore

线程数应该设置多少?

多核CPU

线程撕裂者

寄存器:用来保存计算所需要的数据

ALU:计算单元:维护一组寄存器

多线程:一个CPU维护多组寄存器，需要完成线程切换

从CPU到内存之间:工业上最多有三层缓存

一颗CPU里包含多个CPU核

线程可见性

public static void main(String[] args) {
    boolean running = true;
    Thread t = new Thread(() ->{
        while(true){
            System.out.print("running");
        }
    });
    t.start();
    t.sleep(2);
    running = false;
}

即使主线程把running设置为了false,但是线程t并不会立马停止，主要是线程可见性的问题，因为running如果读到核1执行，放到L1缓存中，但是核2又是在其自己的缓存中进行，什么时候重新从内存中读取到核1中，又需要指令的触发。

局部性原理:空间局部性，时间局部性。

工业上读取一次数据是64个字节，当程序需要读取变量x的时候，会一次读取64个字节（cache line)

缓存一致性协议，修改了一个x,通知其他线程读取的这行数据已经失效了

 abstract class RingBufferePad{
        protected long p1;
        protected long p2;
        protected long p3;
        protected long p4;
        protected long p5;
        protected long p6;
        protected long p7;

    }
    RingBufferePad(){
        
    }

volatile:对内存的修改就需要通知所有用到这块内存的线程全都再读取一遍

线程:有序性

在什么情况下会输出x = 0, y = 0(不可能；只有x = b, y = a, a = 1, b = 1,也就是两句执行换了顺序) 但是多次运行之后，会出现x = 0, y = 0的情况，因为指令重排序现象的发生，重排序的目的只是为了提高效率，压榨CPU,比如（指令1实现i++,指令2需要从内存中读取数据，但指令2在指令1前面，可以在指令2执行的过程中同时执行指令1，主要是为了提高效率）

指令重排

什么情况下能发生重排序？:两条指令换了顺序以后不影响最终一致性。（注意，这个重排序的优化只是针对单线程而存在的）

线程的as-if-serial：看上去像是序列化（单线）执行的

多线程会产生你不希望看到的结果。

new：申请一块内存(占多少字节，就需要申请多大的内存空间)，设置默认值，创建一个对象不是原子性的

invokespecial:特殊调用，调用构造方法

astore:用栈里的t和堆里的对象建立关联

临界区；持有这把锁只允许一个线程执行，而且只能单线程执行，如果临界区太大（锁粒度太粗），严重影响效率。

源码(设计模式，多线程）

DCL写法

//业务逻辑代码省略

if(INSTANCE == null){//先判断
    synchronized(Main.class){//再上锁
        if(INSTANCE == null){//再判断一次
            try{
                INSTANCE = new Main();
            }
        }
    }
}

astore和invokespecial发生了交换，t指向一个半初始化的对象。