java之线程安全问题

╰+哭是因爲堅強的太久メ 2022-08-23 08:23 185阅读 0赞

线程：时间片轮转： 分割cpu的时间  
进程：一个内存中的运行的程序，内存分配的基本单位 例如：qq，酷狗 分别都是一个进程并且每个进程都有自己的独立空间  
线程：独立运行的最小单元（轻量级的进程）  
进程与线程关系:

一般一个进程可以包含多个进程，多个线程共享同一个进程的资源（内存）。  
线程总体分两类：用户线程和守候线程。  
当所有用户线程执行完毕的时候，JVM自动关闭。但是守候线程却不独立于JVM，守候线程一般是由操作系统或者用户自己创建的  
  
内存静态 动态之分 程序没有运行  
浅谈java内存模型  
            不同的平台，内存模型是不一样的，但是jvm的内存模型规范是统一的。其实java的多线程并发问题最终都会反映在java的内存模型上，所谓线程安全无非是要控制多个线程对某个资源的有序访问或修改。总结java的内存模型，要解决两个主要的问题：可见性和有序性。我们都知道计算机有高速缓存的存在，处理器并不是每次处理数据都是取内存的。JVM定义了自己的内存模型，屏蔽了底层平台内存管理细节，对于java开发人员，要清楚在jvm内存模型的基础上，如果解决多线程的可见性和有序性。  
            那么，何谓可见性？多个线程之间是不能互相传递数据通信的，它们之间的沟通只能通过共享变量来进行。Java内存模型（JMM）规定了jvm有主内存，主内存是多个线程共享的。当new一个对象的时候，也是被分配在主内存中，每个线程都有自己的工作内存，工作内存存储了主存的某些对象的副本，当然线程的工作内存大小是有限制的。当线程操作某个对象时，执行顺序如下：  
  (1) 从主存复制变量到当前工作内存 (read and load)  
  (2) 执行代码，改变共享变量值 (use and assign)  
  (3) 用工作内存数据刷新主存相关内容 (store and write)  
  
JVM规范定义了线程对主存的操作指令：read，load，use，assign，store，write。当一个共享变量在多个线程的工作内存中都有副本时，如果一个线程修改了这个共享变量，那么其他线程应该能够看到这个被修改后的值，这就是多线程的可见性问题。  
              那么，什么是有序性呢？线程在引用变量时不能直接从主内存中引用,如果线程工作内存中没有该变量,则会从主内存中拷贝一个副本到工作内存中,这个过程为read-load,完成后线程会引用该副本。当同一线程再度引用该字段时,有可能重新从主存中获取变量副本(read-load-use),也有可能直接引用原来的副本(use),也就是说 read,load,use顺序可以由JVM实现系统决定。  
              线程不能直接为主存中中字段赋值，它会将值指定给工作内存中的变量副本(assign),完成后这个变量副本会同步到主存储区(store-write)，至于何时同步过去，根据JVM实现系统决定.有该字段,则会从主内存中将该字段赋值到工作内存中,这个过程为read-load,完成后线程会引用该变量副本，当同一线程多次重复对字段赋值时,比如：  
  
Java代码    
  
       for(inti=0;i<10;i++)      
        a++;    
  
  for(int i=0;i<10;i++)  
  
   a++;  
  
线程有可能只对工作内存中的副本进行赋值,只到最后一次赋值后才同步到主存储区，所以assign,store,weite顺序可以由JVM实现系统决定。假设有一个共享变量x，线程a执行x=x+1。从上面的描述中可以知道x=x+1并不是一个原子操作，它的执行过程如下：  
1 从主存中读取变量x副本到工作内存  
2 给x加1  
3 将x加1后的值写回主 存  
如果另外一个线程b执行x=x-1，执行过程如下：  
1 从主存中读取变量x副本到工作内存  
2 给x减1  
3 将x减1后的值写回主存  
那么显然，最终的x的值是不可靠的。假设x现在为10，线程a加1，线程b减1，从表面上看，似乎最终x还是为10，但是多线程情况下会有这种情况发生：  
1：线程a从主存读取x副本到工作内存，工作内存中x值为10  
2：线程b从主存读取x副本到工作内存，工作内存中x值为10  
3：线程a将工作内存中x加1，工作内存中x值为11  
4：线程a将x提交主存中，主存中x为11  
5：线程b将工作内存中x值减1，工作内存中x值为9  
6：线程b将x提交到中主存中，主存中x为9  
同样，x有可能为11，如果x是一个银行账户，线程a存款，线程b扣款，显然这样是有严重问题的，  
要解决这个问题，必须保证线程a和线程b是有序执行的，并且每个线程执行的加1或减1是一个原子操作。  
  
站内很多人都问我，所谓线程的“工作内存”到底是个什么东西？有的人认为是线程的栈，其实这种理解是不正确的。  
看看JLS（java语言规范）对线程工作内存的描述，线程的workingmemory只是cpu的寄存器和高速缓存的抽象描述。  
  
          可能很多人都觉得莫名其妙，说JVM的内存模型，怎么会扯到cpu上去呢？在此，我认为很有必要阐述下，免得很多人看得不明不白的。  
先抛开java虚拟机不谈，我们都知道，现在的计算机，cpu在计算的时候，并不总是从内存读取数据，它的数据读取顺序优先级是：寄存器－高速缓存－内存。  
线程耗费的是CPU，线程计算的时候，原始的数据来自内存，在计算过程中，有些数据可能被频繁读取，这些数据被存储在寄存器和高速缓存中，当线程计算完后，这些缓存的数据在适当的时候应该写回内存。  
当个多个线程同时读写某个内存数据时，就会产生多线程并发问题，涉及到三个特性：原子性，有序性，可见性。在《线程安全总结》这篇文章中，为了理解方便，我把原子性和有序性统一叫做“多线程执行有序性”。  
支持多线程的平台都会面临这种问题，运行在多线程平台上支持多线程的语言应该提供解决该问题的方案。  
每个线程的栈都是该线程私有的，堆则是所有线程共享的。当我们new一个对象时，该对象就被分配到了堆中。  
  
[![java线程安全问题][java]][java_java]  
线程安全解决办法：  
不要跨线程访问共享变量  
使共享变量是final类型的  
将共享变量的操作加上同步

[java]: http://s4.sinaimg.cn/mw690/002P3Tu8gy6XqvEHr2z53&690
[java_java]: /images/20220721/eb814d1fe2d44015a62f3573ef5540ba.png