Java并发编程-并发问题从哪儿来

红太狼 2022-12-27 01:46 157阅读 0赞

## 并发问题的根本 ##

围绕着**原子性、有序性、可见性**，会出现各种的并发问题，要理解透彻这三种特性，才能有效的定位出现的并发问题（并发问题往往是综合性的）

### 可见性 ###

#### 例如：不同的CPU缓存造成的可见性问题 ####

假设一个场景，调用add方法，count+=1执行1w次，在代码编译后，CPU指令为如下3步骤  
1、将count读到cpu  
2、进行+1操作  
3、count写回内存中（有可能写入cpu缓存，但cpu缓存再写入内存时间不可控）

现在线程A、B同时执行add方法，执行结果理想为count=2w，但实际结果往往是0-2w之间。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>A</th> 
   <th>B</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>COUNT读到内存（count=0）</td> 
   <td>COUNT读到内存( count=0 )</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>+1</td> 
   <td>+1</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>count写回内存中</td> 
   <td>count写回内存中</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

同时将count=0读到cpu，结果导致执行完，本省应该=2，但=1

由此可见，不同CPU由于对变量数据不可见，并且操作不是原子性，数据更新不及时，会导致出现并发问题

### 原子性 ###

#### 切换CPU导致的原子性问题 ####

原子性，一个操作不是原子性，那么在并发环境下，往往是不可靠的  
例如上面的问题

### 有序性 ###

cpu执行指令前，会对待执行指令进行重排序优化，我们使用的都是高级语言进行编程，很多语句，在编译后并不按照理想的流程排序。

例如Java语言的二阶段判断，保障获取到单例实例，不会导致后边的程序执行空指针。

通常如下：

class Singleton{ 
    	static Singleton instance;
    	static Singleton getInstance(){ 
    		if(instance==null){ 
    			synchronized (instance){ 
    				if(instance==null){ 
    					instance = new Singleton();
    				}
    			}
    		}
    		return instance;
    	}
    }

理想情况下，A、B两个线程，同时执行getInstance()，A发现instance未初始化，拿到锁，去初始化，B等待A初始化完成后释放锁，拿到锁资源，判断，已经初始化，直接返回结果。

但是，毕竟是理想情况下，这个情况，我们都是假定，初始化流程如下才可：

1.  开辟内存空间
2.  根据对象类型初始化
3.  将内存地址指向变量instance

如果，代码在编译后，指令进行重排序，则会为

1.  开辟内存空间
2.  内存地址指向变量instance
3.  根据数据类型初始化

哎嗨！这就坏菜了

A执行到2步骤，B进行第一个判断，发现已经指向内存地址，变量对象不为空，直接返回。

但是此时对象未被初始化，调用获取属性的方法，会抛出异常。