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java并发特性,原子性、有序性、可见性

 
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  1. 原子性是指一个操作是不可中断的。即使是在多个线程一起执行的时候,一个操作一旦开始,就不会被其它线程干扰。

    Java中的原子操作包括:

    1)除long和double之外的基本类型的赋值操作

    2)所有引用reference的赋值操作
    3)java.concurrent.Atomic.* 包中所有类的一切操作。
    但是java对long和double的赋值操作是非原子操作!!long和double占用的字节数都是8,也就是64bits。在32位操作系统上对64位的数据的读写要分两步完成,每一步取32位数据。这样对double和long的赋值操作就会有问题:如果有两个线程同时写一个变量内存,一个进程写低32位,而另一个写高32位,这样将导致获取的64位数据是失效的数据。因此需要使用volatile关键字来防止此类现象。volatile本身不保证获取和设置操作的原子性,仅仅保持修改的可见性。但是java的内存模型保证声明为volatile的long和double变量的get和set操作是原子的。
    public class UnatomicLong implements Runnable {
        private static long test = 0;
    
        private final long val;
    
        public UnatomicLong(long val) {
            this.val = val;
        }
    
        @Override
        public void run() {
            while (!Thread.interrupted()) {
                test = val; //两个线程都试图将自己的私有变量val赋值给类私有静态变量test
            }
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            Thread t1 = new Thread(new UnatomicLong(-1));
            Thread t2 = new Thread(new UnatomicLong(0));
    
            System.out.println(Long.toBinaryString(-1));
            System.out.println(pad(Long.toBinaryString(0), 64));
    
            t1.start();
            t2.start();
    
            long val;
            while ((val = test) == -1 || val == 0) { 
           //如果静态成员test的值是-1或0,说明两个线程操作没有交叉
            }
    
            System.out.println(pad(Long.toBinaryString(val), 64));
            System.out.println(val);
    
            t1.interrupt();
            t2.interrupt();
        }
    
        // prepend 0s to the string to make it the target length
        private static String pad(String s, int targetLength) {
            int n = targetLength - s.length();
            for (int x = 0; x < n; x++) {
                s = "0" + s;
            }
            return s;
        }
    }
     运行发现程序在while循环时进入了死循环,这是因为使用的JVM是64bits。在64位JVM中double和long的赋值操作是原子操作。
    在eclipse中修改jre为一个32bit的JVM地址,则会有如下运行结果:
    1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
    0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
    0000000000000000000000000000000011111111111111111111111111111111 
    //很明显test的值被破坏了
    4294967295

     

  2. 有序性

    有序性即程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。
          在Java内存模型中,允许编译器和处理器对指令进行重排序,但是重排序过程不会影响到单线程程序的执行,却会影响到多线程并发执行的正确性。(例如:重排的时候某些赋值会被提前)
    在Java里面,可以通过volatile关键字来保证一定的“有序性”(具体原理在下一节讲述)。另外可以通过synchronized和Lock来保证有序性,很显然,synchronized和Lock保证每个时刻是有一个线程执行同步代码,相当于是让线程顺序执行同步代码,自然就保证了有序性

     

  3. 可见性 

     可见性是指当多个线程访问同一个变量时,一个线程修改了这个变量的值,其他线程能够立即看得到修改的值。

    可见性,Java提供了volatile关键字来保证可见性。
    当一个共享变量被volatile修饰时,它会保证修改的值会立即被更新到主存,当有其他线程需要读取时,它会去内存中读取新值。
    而普通的共享变量不能保证可见性,因为普通共享变量被修改之后,什么时候被写入主存是不确定的,当其他线程去读取时,此时内存中可能还是原来的旧值,因此无法保证可见性。
    另外,通过synchronized和Lock也能够保证可见性,synchronized和Lock能保证同一时刻只有一个线程获取锁然后执行同步代码,并且在释放锁之前会将对变量的修改刷新到主存当中。因此可以保证可见性。

 

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