多线程与高并发编程(二)

volatile

• 保证线程可见性

  • java有堆内存,大家共享堆内存,当然每个线程也有自己的工作空间,当需要数据的时候copy到自己的工作空间,如果修改了会出现与堆数据不一致,就就是说对公共数据的更改另一个线程不可见,如果加上volatile,就是强制每次访问数据都会被强制推回堆,底层是cpu的缓存一致性协议保证的

• 禁止指令重排序

  • 什么是指令重排序?

    • 是cpu为了提高速率将指令进行了重排序,效率提升了很高

  • volatile会涉及到经典的单例问题

    //饿汉
    public class single{
      //static数据交给jvm初始化,静态变量只会new出一个实例
      private static final single INSTANCE=new single();
      //防止外界new
      private single(){}
      
      public static single getInstance(){
          return INSTANCE;
      }
    
    }
    //懒汉-线程不安全
    public class single{
      //static数据交给jvm初始化,静态变量只会new出一个实例
      private static single INSTANCE;
      //防止外界new
      private single(){}
      
      public static single getInstance(){
          if(INSTANCE==null){
              INSTANCE=new single();
          }
          return INSTANCE;
      }
    }
    //DCL-线程安全
    public class single{
      //static数据交给jvm初始化,静态变量只会new出一个实例
      private static volatile single INSTANCE;
      //防止外界new
      private single(){}
      
      public static single getInstance(){
          if(INSTANCE==null){
              synchronized(this.class){
                  if(INSTANCE==null){
                      INSTANCE=new single();
                  }
              }
          }
          return INSTANCE;
      }
    }
      
    

    • 为什么DCL要加volatile,问题出现在INSTANCE=new single();

      这句指令new一个对象分为三步

      • 第一步是申请内存大小,并且会赋一个初始值
      • 第二步赋上真正的值
      • 第三步把内存的东西指向引用名INSTANCE

      如果超高的并发情况下,指令重排发生把第三步挪到了第二步,如果线程A执行了一三步,这时INSTANCE不为空但是值不正确,另一个线程同时进入判断INSTANCE不为空直接拿去用了,这就出现了错误

    • volatile保证了有序性和可见性,但是不能保证原子性,所以说他不能替代synchronized

    • 锁细化和锁粗化,细化是尽量把加锁的代码片段缩小,那什么时候用锁粗化?就是如果一个对象被分成了好多小锁,这样加锁频繁,不如粗化成大锁

CAS(无锁优化,自旋,乐观锁)Compare And Set

• AtomicXXX都是线程安全的原子类

/*volatile int count=0*/
AtomicInteger count=new AtomicInteger(0);

/*synchronized*/void m(){
  for(int i=0;i<1000;i++){
      count.incrementAndGet();
      /*count++*/
  }
}

count.incrementAndGet();底层就是Unsafe的weakCompareAndSet()方法

cas(V,Expected,NewValue){
  if V==E
  V==NewValue;
  otherwise try again or fail
}

• 如果在if判断过程中出现把V给改了怎么办?

  CAS是CPU原语支持,不会存在这种情况

• ABA问题?

  • CAS期望是A,在CAS没操作的时候,另一个线程先改成了B又改成了A
  • 对于基础数据类型似乎没有影响,但是如果是对象呢?
    • 由于对象判断的是引用地址是否改变,而里面的内容是不知道的,如果在对象指向B的时候,B的代码对A对象里的内部进行了修改,那么当在置换为A的时候,cas仍然认为A没有发生任何变化,只是因为他判断的是引用,指向的确实是A,就比如和前女友复合的过程,你不知道前女友在符合之前又经历了多少个男人,但是前女友还是那个人
  • 解决办法加版本号CAS(version),可以用AtomicStampedReference解决(知道就行)

• 简单看看Unsafe

  • 所有原子类都是通过unsafe的CAS实现的
  • 用来分配内存的,类似于malloc
  • unsafe类是单例的
  • 1.8版本Unsafe不能获取,,而1.9版本可以get拿到,之前可以反射获取,但是现在1.9版本即使获取,代码能写出来,也运行不了,应该是作为内部api了,把这个接口给关了