Java多线程-核心理论

java程序员通往高阶之路必备技能之一,就是需要对多线程有深入的理解。要了解并发编程,需要对并发的核心原理进行了解。

一、共享性

数据共享性是线程安全的主要原因之一。线程内的私有变量属于线程本身,不存在线程安全问题。但是,在多线程编程中,数据共享是不可避免的。最典型的场景是数据库中的数据,为了保证数据一致性,我们需要共享同一份数据。

二、互斥性

资源互斥是指一次只允许一个访问者对其进行访问,资源具有唯一性和排他性。典型的场景有修改数据库的记录,有多个请求同时修改同一条数据记录时,通过加锁的方式,一次只能允许一个请求进行修改。

三、原子性

原子性是指操作独立、不可分割的特性,在多线程中,数据执行到一半时不会被其他线程修改。保证原子性最简单的方式是操作系统指令,一次操作对应一条操作系统指令。但在程序中,一个操作往往不能由一条指令完成。例如i++操作,需要分成三步,取i的值,对i加1,将i写回到内存。

i++操作的指令

要保证操作的原子性,在Java中通常使用加锁(synchronized或lock)来实现,或者通过CAS方式保证数据一致性。

四、可见性

根据jvm的内存模型可知,每个线程都有私有的内存空间,对于共享变量,线程每次读取的工作内存中的共享变量副本,写入时也是修改副本的值,然后在某个时间点再将工作内存与主内存的值同步。这样存在一个问题,线程1对变量修改的内容,线程2无法感知。


jvm内存结构

Java可通过synchronized或volatile来保证数据可见性。

五、有序性

为了提供性能,编译器和处理器对指令进行重排序,重排序分为三种:

1)编译器优化的重排序:编译器不改变单线程语义的前提下,可以重新安排语句的执行顺序。

2)指令级并行的重排序:现代处理器采用了指令流水来将多条指令重叠执行。

3)内存系统的重排序:由于处理器使用缓存和读/写缓冲区,这使得加载和存储操作看上去可能是在乱序执行。

java可以使用synchronized和volatile来保证顺序性。

六、小结

本文介绍了java并发编程中的基本概念,相关实践和思路将在后续文章中体现。

并发核心概念

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