JAVA解决可见性和有序性问题的方法

╰+哭是因爲堅強的太久メ 2022-03-10 10:54 147阅读 0赞

## 前言 ##

在上一篇文章中，我描述了并发中bug发生的主要源头，分别是CPU缓存引起的可见性问题、编译器优化的有序性问题以及原子性问题。那么这篇文章着重介绍JAVA是如何解决并发中的可见性以及有序问题。  
通常，可见性的原因是因为CPU缓存造成，而有序性是因为编译优化。那么解决办法很简单，直接**禁用CPU缓存**和**编译优化**。但同时，这会造成性能降低的后果，因此按需禁用才是我们所需的。

## 如何禁用 ##

JAVA中按需禁用缓存和编译优化的方法有下列这些：

1.  volitile关键字
2.  synchronized关键字
3.  final关键字
4.  Happens-Before规则

## volitile的困惑 ##

volatile int x = 0，这句话主要表达x变量只能从内存中读取和写入，并不能使用CPU缓存。不过由于JAVA版本问题，仍然会出可见性的问题，参考如下代码：

public class VolatileExample { 
        volatile boolean v = true;
        int x = 0;
    
        public void writer(){ 
            x = 42;
            v = true;
        }
    
        public void read(){ 
            if(v = true)
                System.out.println(x);
        }

如上述代码，当线程A调用writer时，线程B调用read时输出的应该x = 42，但在JAVA1.5版本前这就不一定了，有可能出现x=0，这是因为CPU缓存的问题，1.5版本后添加了Happens-Before规则。

## Happens-Before规则 ##

Happens-Before主要的表达是：**前面操作的一个结果对后续操作是可见的**。

#### 1、程序的顺序性规则 ####

按照程序执行的顺序，从上到下，前面的操作Happens-Before与后续的任何操作。就如上述代码，“x=42"Happens-before于"v=true”。也就是x=42这个结果，无论后面什么样的操作，如x=x+1，  
他们拿到的x都42。

#### 2、volatile变量规则 ####

当用volatile修饰的变量，一定Happens-Before于后续对这个变量的任意操作。单单看这个规则，就是禁用CPU缓存的意思，和1.5版本前的没有什么变化，所以就需要联合下列规则来看。

#### 3、传递性 ####

如果A Happens-before于B, B Happens-before 于C，那么A就Happens-before于C。用上述代码解释，线程A执行write，线程B调用read的时候，发现v=true，那么获得的x一定是42。

#### 4、加锁 ####

利用管程中加锁的规则，管程在java中就是synchronized，synchronized中的代码块每次只能有一个线程去执行，当执行完的时候就会释放锁。

#### 5、start() ####

若在线程A中启用线程B，那么线程B的start操作Happens-before于线程B的任意操作。

Thread B = new Thread(()->{ 
      // 主线程调用 B.start() 之前
      // 所有对共享变量的修改，此处皆可见
      // 此例中，var==77
    });
    // 此处对共享变量 var 修改
    var = 77;
    // 主线程启动子线程
    B.start();

## 结尾 ##

Happens-Before还不止这几个规则，我现在了解到以上几种，后续会更新。下一篇我们来了解下解决原子性的问题。