JAVA解决可见性和有序性问题的方法

最新推荐文章于 2025-07-21 14:03:00 发布

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#并发 #JAVA

本文深入探讨Java中解决并发编程中可见性和有序性问题的方法，包括使用volatile、synchronized、final关键字及Happens-Before规则。通过具体示例说明了这些机制如何确保多线程环境下数据的一致性和正确性。

前言

在上一篇文章中，我描述了并发中bug发生的主要源头，分别是CPU缓存引起的可见性问题、编译器优化的有序性问题以及原子性问题。那么这篇文章着重介绍JAVA是如何解决并发中的可见性以及有序问题。
通常，可见性的原因是因为CPU缓存造成，而有序性是因为编译优化。那么解决办法很简单，直接禁用CPU缓存和编译优化。但同时，这会造成性能降低的后果，因此按需禁用才是我们所需的。

如何禁用

JAVA中按需禁用缓存和编译优化的方法有下列这些：

volitile关键字
synchronized关键字
final关键字
Happens-Before规则

volitile的困惑

volatile int x = 0，这句话主要表达x变量只能从内存中读取和写入，并不能使用CPU缓存。不过由于JAVA版本问题，仍然会出可见性的问题，参考如下代码：

public class VolatileExample {
    volatile boolean v = true;
    int x = 0;

    public void writer(){
        x = 42;
        v = true;
    }

    public void read(){
        if(v = true)
            System.out.println(x);
    }

如上述代码，当线程A调用writer时，线程B调用read时输出的应该x = 42，但在JAVA1.5版本前这就不一定了，有可能出现x=0，这是因为CPU缓存的问题，1.5版本后添加了Happens-Before规则。

Happens-Before规则

Happens-Before主要的表达是：前面操作的一个结果对后续操作是可见的。

1、程序的顺序性规则

按照程序执行的顺序，从上到下，前面的操作Happens-Before与后续的任何操作。就如上述代码，“x=42"Happens-before于"v=true”。也就是x=42这个结果，无论后面什么样的操作，如x=x+1，
他们拿到的x都42。

2、volatile变量规则

当用volatile修饰的变量，一定Happens-Before于后续对这个变量的任意操作。单单看这个规则，就是禁用CPU缓存的意思，和1.5版本前的没有什么变化，所以就需要联合下列规则来看。

3、传递性

如果A Happens-before于B, B Happens-before 于C，那么A就Happens-before于C。用上述代码解释，线程A执行write，线程B调用read的时候，发现v=true，那么获得的x一定是42。

4、加锁

利用管程中加锁的规则，管程在java中就是synchronized，synchronized中的代码块每次只能有一个线程去执行，当执行完的时候就会释放锁。

5、start()

若在线程A中启用线程B，那么线程B的start操作Happens-before于线程B的任意操作。

Thread B = new Thread(()->{
  // 主线程调用 B.start() 之前
  // 所有对共享变量的修改，此处皆可见
  // 此例中，var==77
});
// 此处对共享变量 var 修改
var = 77;
// 主线程启动子线程
B.start();

结尾

Happens-Before还不止这几个规则，我现在了解到以上几种，后续会更新。下一篇我们来了解下解决原子性的问题。