一:并發(fā)編程的難點

1:原子性問題

• 操作系統(tǒng)做任務切換,可以發(fā)生在任何一條CPU指令執(zhí)行完成后；
• CPU能保證的原子操作是指令級別的，而不是高級語言的操作符；
  n++不是原子操作的，而是3條指令
  

2:可見性問題

• 可見性是指一個線程對一個變量進行修改，另外一個線程可以看的到
• 可見性問題是由CPU的緩存導致的，多核CPU均有各自的緩存，這些緩存要與內存進行同步。（其實就是多線程環(huán)境下,一個線程對一個變量的改變了，而另一個線程沒看到,那么的話還是按照原來的變量的值進行計算的話，那么就會出錯）。

3:有序性問題

• 在執(zhí)行程序時，為了提高性能，編譯器和處理器常常會對指令做重排序；
• 重排序不會影響單線程的執(zhí)行結果，但是在并發(fā)情況下，可能會出現(xiàn)詭異的BUG。
  

二:并發(fā)編程

1:并發(fā)編程的目標

解決多核多線程下,造成的 緩存不一致問題，指令重排問題，處理器優(yōu)化問題

• 在cpu和主存之間添加緩存,在多線程下會存在緩存一致性問題（可見性問題）
• 處理器內部為了使運算單元盡可能的被充分利用,處理器可能會對輸入的代碼進行亂序處理。這就是處理器優(yōu)化。（原子性問題）
• 很多編程語言的編譯器也會有類似的優(yōu)化，比如Java虛擬機的即時編譯器（JIT）也會做指令重排。（指令重排問題）

2:并發(fā)編程的內存模型

• 為了保證共享內存的正確性（可見性、有序性、原子性），內存模型定義了共享內存系統(tǒng)中多線程程序讀寫操作行為的規(guī)范。
• 通過這些規(guī)則來規(guī)范對內存的讀寫操作，從而保證指令執(zhí)行的正確性。它與處理器有關、與緩存有關、與并發(fā)有關、與編譯器也有關。他解決了CPU多級緩存、處理器優(yōu)化、指令重排等導致的內存訪問問題，保證了并發(fā)場景下的一致性、原子性和有序性。

3:這個內存模型是什么

• JMM是Java Memory Model的縮寫，Java線程之間的通信由JMM控制，即JMM決定一個線程對共享變量的寫入何時對另一個線程可見。
• JMM定義了線程和主內存之間的抽象關系，通過控制主內存與每個本地內存（抽象概念）之間的交互，JMM為Java程序員提供了內存可見性的保證。
• JMM是一種規(guī)范，目的是解決由于多線程通過共享內存進行通信時，存在的本地內存數(shù)據不一致、編譯器會對代碼指令重排序、處理器會對代碼亂序執(zhí)行等帶來的問題。

4:源代碼和指令間的重排序

為了提高性能，編譯器和處理器常常會對指令做重排序。重排序有3種類型，其中后2種都是處理器重排序。這些重排序可能會導致多線程程序出現(xiàn)內存可見性問題。

• 1.編譯器優(yōu)化重排序：編譯器在不改變單線程程序語義的前提下，可以重新安排語句的執(zhí)行順序。
• 2.指令級并行重排序：現(xiàn)代處理器采用了指令級并行技術來將多條指令重疊執(zhí)行，如果不存在數(shù)據依賴性，處理器可以改變語句對應機器指令的執(zhí)行順序。
• 3.內存系統(tǒng)的重排序：由于處理器使用緩存和讀/寫緩沖區(qū)，這使得加載和存儲操作看上去可能是在亂序執(zhí)行。
  

5:解決CPU帶來的重排序

• CPU內存屏障：
  • 1.LoadLoad:禁止讀和讀的重排序；
  • 2.StoreStore:禁止寫和寫的重排序，
  • 3.LoadStore:禁止讀和寫的重排序，
  • 4.StoreLoad:禁止寫和讀的重排序。
• Java內存屏障：

public final class Unsafef{ public native void loadFence();//LoadLoad LoadStore public native void storeFence();//StoreStore LoadStore public native void fullFence();//loadFence()+storeFence()+StoreLoad }

6:解決編譯器帶來的重排序

(1):如何解決

JMM使用nappens-before規(guī)則來闡述操作之間的內存可見性，以及什么時候不能重排序。在JMM中如果一個操作執(zhí)行的結果需要對另一個操作可見，那么這兩個操作之間必須要存在nappens-.before:關系。換個角度來說，如果A happens-before B,則意味著A的執(zhí)行結果必須對B可見，也就是保證跨線程的內存可見性。其中，前4條規(guī)則與程序員密切相關。

• 1.程序順序規(guī)則：一個線程中的每個操作，happens-before于（對…可見）該線程中的任意后續(xù)操作，
• 2.volatile?變量規(guī)則：對一個volatile域的寫，happens-before于任意后續(xù)對這個volatile域的讀，
• 3.synchronized規(guī)則：對一個鎖的解鎖，happens-before于隨后對這個鎖的加鎖，
• 4.傳遞性：若A happens-.before B,且B happens-before C,則A happens-before C,
• 5.start()規(guī)則：若線程A執(zhí)行Thread.start(0,則線程A的start()操作nappens-before于線程B中的任意操作，
• 6.join規(guī)則：若線程A執(zhí)行ThreadB.join0并成功返回，那么線程B中的任意操作happens-.before于線程A從ThreadB.join0的成功返回。

(2):關鍵字vlatile

• 4.1 volatile的基本特性
  • 可見性：對一個volatile變量的讀，總是能看到對這個volatile變量最后的寫入：
  • 原子性：對任意單個volatile變量的讀/寫具有原子性，但類似volatile++這種復合操作不具有原子性。
• 4.2 volatilet的內存語義
  • 寫內存語義：當寫一個volatile變量時，JMM會把該線程本地內存中的共享變量的值刷新到主內存
  • 讀內存語義：當讀一個volatile變量時，JMM會把該線程本地內存置為無效，使其從主內存中讀取共享變量。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的java并发之初识的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。