线程安全性

概述

 当多个线程访问某个类时,不管运行时环境采用何种调度方式,并且在主调代码中不需要额外的同步,这个类都能表现出正确的行为,那么这个类就是线程安全的。线程安全体现在三个方面:原子性、可见性和有序性。

原子性

 一个操作是不可中断的,要么全部执行成功,要么全部执行失败。当多个线程工作时,一个操作一旦开始,就不会被其他线程干扰。
 Java中实现原子性操作的两种方式:Atomic包 和 锁
 Atomic是基于CAS实现的,下面以AtomicInteger为例。

    AtomicInteger是含有一个int类型的值,这个类的作用是原子性的更新。事物都是一分为
二的,AtomicInteger虽然支持原子性的操作,但是其并不能代替Integer类。该类继承自
Number。
    以getAndSet(int newValue) 方法为例解释。
    该方法:原子性的赋新值,并且返回旧值。
    public final int getAndSet(int newValue) {
        return unsafe.getAndSetInt(this, valueOffset, newValue);
    }
    该类调用了Unsafe类的getAndSetInt方法

    Unsafe的getAndSetInt方法
    public final int getAndSetInt(Object var1, long var2, int var4) {
        int var5;
        do {
            //第一处
            var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
        } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var4));//第二处

        return var5;
    }

    参数var1 就是传入的AtomicInteger实例
    参数var2 就是传入的valueOffset值,valueOffset是属性的偏移量,Unsafe就是通过valueOffset值获取实际值。
    参数var4 就是传入的newValue,预设值的新值。
    
    第一处 通过对象和偏移量,原子性的获取了值。并且将这个值返回。
    第二处 调用了compareAndSwapInt方法。CAS。设置成功之后 跳出循环。
    
    compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var4)原理
    
    var5是旧值(期望的值), var4是新值, var1和var2配合可以求出内存中的值
    
    如果内存值与var5(期望的值)相一致,那么就将内存的值设置为var4。并且返回true。
    如果内存值与var5不一致,那么就返回false。
    

 锁在java中有两种实现方式:synchronized关键字和Lock类。
 synchronized修饰的对象
  修饰代码块,作用于调用的对象

synchronized{
    
}

  修饰方法,作用于调用的对象

public synchronized int add(int a,int b){
        return a+b;
}

  修饰静态方法,作用于所有对象

public synchronized static int add(int a,int b){
        return a+b;
}

  修饰类,作用于所有对象

 synchronized (Test.class){

}

可见性

 当一个线程修改了共享变量的值后,另一个线程可以立即看到修改后的值。


image

 共享变量不可见的原因:
  共享变量更新后的值没有在工作内存与主内存之间及时更新。
 内存可见性实现的方式:
  synchronized关键字和volatile关键字

 synchronized关键字内存可见性的原因:
  ①线程解锁前,必须把共享变量的最新值刷新到主内存中。
  ②线程加锁时,将清空工作内存中共享变量的值,从而使用共享变量时,需要从主内存中重新读取最新的值。

 volatile关键字内存可见性的原因:通过内存屏障和禁止重排序实现的
  ①volatile会在写操作时,会在写操作后加一条store屏障指令,将本地内存中的共享变量值刷新到主内存
  ②volatile在进行读操作时,会在读操作前加一条load指令,从内存中读取共享变量。

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