Java多线程学习笔记 (3)

验证乱序执行的程序示例 DisOrder.java：

public class DisOrder { private static int x = 0, y = 0; private static int a = 0, b = 0; // 以下程序可能会执行比较长的时间 public static void main(String[] args) throws InterruptedException { int i = 0; for (;;) { i++; x = 0; y = 0; a = 0; b = 0; Thread one = new Thread(() -> { // 由于线程one先启动，下面这句话让它等一等线程two. 读着可根据自己电脑的实际性能适当调整等待时间. shortWait(100000); a = 1; x = b; }); Thread other = new Thread(() -> { b = 1; y = a; }); one.start(); other.start(); one.join(); other.join(); String result = "第" + i + "次 (" + x + "," + y + "）"; if (x == 0 && y == 0) { // 出现这个分支，说明指令出现了重排 // 否则不可能 x和y同时都为0 System.err.println(result); break; } else { // System.out.println(result); } } } public static void shortWait(long interval) { long start = System.nanoTime(); long end; do { end = System.nanoTime(); } while (start + interval >= end); } }

如上示例，如果指令不出现乱序，那么x和y不可能同时为0，通过执行这个程序可以验证出来，在我本机测试的结果是：

执行到第1425295次 出现了x和y同时为0的情况。

原子性

程序的原子性是指整个程序中的所有操作，要么全部完成，要么全部失败，不可能滞留在中间某个环节；在多个线程一起执行的时候，一个操作一旦开始，就不会被其他线程所打断。

一个示例：

class T { m = 9; }

对象T在创建过程中，背后其实是包含了多条执行语句的，由于有CPU乱序执行的情况，所以极有可能会在初始化过程中生成以一个半初始化对象t，这个t的m等于0（还没有来得及做赋值操作）

所以，不要在某个类的构造方法中启动一个线程，这样会导致this对象逸出，因为这个类的对象可能还来不及执行初始化操作，就启动了一个线程，导致了异常情况。

volatile一方面可以保证线程数据之间的可见性，另外一方面，也可以防止类似这样的指令重排，所以
所以，单例模式中，DCL方式的单例一定要加volatile修饰：

public class Singleton6 { private volatile static Singleton6 INSTANCE; private Singleton6() { } public static Singleton6 getInstance() { if (INSTANCE == null) { synchronized (Singleton6.class) { if (INSTANCE == null) { try { Thread.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } INSTANCE = new Singleton6(); } } } return INSTANCE; } }

具体可以参考设计模式学习笔记 中单例模式的说明。

CAS

比较与交换的意思

举个例子：

内存有个值是3，如果用Java通过多线程去访问这个数，每个线程都要把这个值+1。

之前是需要加锁，即synchronized关键字来控制。但是JUC的包出现后，有了CAS操作，可以不需要加锁来处理，流程是：

第一个线程：把3拿过来，线程本地区域做计算+1，然后把4写回去，
第二个线程：也把3这个数拿过来，线程本地区域做计算+3后，在回写回去的时候，会做一次比较，如果原来的值还是3，那么说明这个值之前没有被打扰过，就可以把4写回去，如果这个值变了，假设变为了4，那么说明这个值已经被其他线程修改过了，那么第二个线程需要重新执行一次，即把最新的4拿过来继续计算，回写回去的时候，继续做比较，如果内存中的值依然是4，说明没有其他线程处理过，第二个线程就可以把5回写回去了。

流程图如下：

ABA问题

CAS会出现一个ABA的问题，即在一个线程回写值的时候，其他线程其实动过那个原始值，只不过其他线程操作后这个值依然是原始值。

如何来解决ABA问题呢？

我们可以通过版本号或者时间戳来控制，比如数据原始的版本是1.0，处理后，我们把这个数据的版本改成变成2.0版本, 时间戳来控制也一样，

以Java为例，AtomicStampedReference这个类，它内部不仅维护了对象值，还维护了一个时间戳。

当AtomicStampedReference对应的数值被修改时，除了更新数据本身外，还必须要更新时间戳。

当AtomicStampedReference设置对象值时，对象值以及时间戳都必须满足期望值，写入才会成功。

因此，即使对象值被反复读写，写回原值，只要时间戳发生变化，就能防止不恰当的写入。

CAS的底层实现

Unsafe.cpp-->Atom::cmpxchg-->Atomic_linux_x86_inline.hpp-->调用了汇编的LOCK_IF_MP方法

Multiple_processor

lock cmpxchg