java并发的疑问

末蓝、 2022-01-23 01:27 264阅读 0赞

只做学习记录，特此记下来。

并发程序为啥总是会存在bug？  
主要原因就是随着技术的发展，随着cpu处理器的个数增多，内存，cpu，io设备的速度得到提升。同时三者之间的速度差异是主要原因。  
为了保持平衡性：计算机体系结构，操作系统，编译程序三方面共同做了以下贡献  
1.CPU增加了缓存，来平衡和内存的差异  
2. 操作系统增加了进程，线程，分时复用cpu,平衡cpu和io设备的速度差异。  
3. 编译程序执行指令优化顺序，让缓存更加合理利用。

同时又因此带来许多问题：

1.  缓存导致可见性问题  
    变量可能未写入内存，其他线程读取到了缓存的值
2.  线程切换带来原子性问题  
    Java的原子性是cpu指令级别的，cout+=1,是分隔的，多线程可能会导致线程切换，打乱这些值。
3.  编译器优化带来有序性问题

分配一块内存 M；
    在内存 M 上初始化 Singleton 对象；
    然后 M 的地址赋值给 instance 变量。
    但是实际上优化后的执行路径却是这样的：
    
    分配一块内存 M；
    将 M 的地址赋值给 instance 变量；
    最后在内存 M 上初始化 Singleton 对象。

那Java怎么解决这上面的问题呢？  
按需禁用缓存，编译优化  
Java 内存模型规范了 JVM 如何提供按需禁用缓存和编译优化的方法  
具体来说，这些方法包括 volatile、synchronized 和 final 三个关键字，以及六项 Happens-Before 规则

*  volatile  
    在C语言中就是禁用缓存。当声明一个volatile变量，只不过告诉编译器，对这个变量的读写，不能使用CPU缓存，必须从内存中读取和写入。  
    Happens-Before规则：  
    前面一个操作的结果对后续操作的结果是可见的。
 *  程序的顺序性规则。程序前面对某个变量的修改一定是对后续操作可见的。
 *  volatile规则，对一个volatile变量的写操作，Happens-Before于后续对这个volatile变量的读操纵。
 *  传递性。 AHappens-BeforeB，BHappens-BeforeC。那么AHappens-BeforeC。
 *  管程中锁的规则。 管程在Java中的实现是synchronized.对一个锁的解锁Happens-Before于后续对这个锁的加锁。
 *  线程start规则。 这条是关于线程启动的。它是指主线程A启动子线程B后，子线程B能够看到主线程在启动子线程B前的操作。
 *  线程join规则 这条则是关于线程等待的。是指主线程A等待子线程B完成（主线程A通过调用子线程B的join方法实现），当子线程B完成后（主线程A中join方法返回），主线程能够看到子线程的操作。
 *  忽略的final. volatile为的是禁用缓存以及编译优化，从别的方面，怎么让编译器优化的更好一点，这个可以有，就是final关键字。 修饰字段为final,保证不被修改，如果在类上，必须类中的字段都加上final才行。
 *  线程中断规则。对线程interrupt（）方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生，可以通过Thread.interrupted()方法检测是否有中断发生。
 *  对象终结规则： 一个对象的初始化完成（构造函数执行结束）先行发生于它的finalize()方法的开始。