多线程环境下的线程安全体现在哪些方面？

Love The Way You Lie 2023-03-06 03:56 25阅读 0赞

答：多线程环境下的线程安全主要体现在原子性，可见性与有序性方面。

*  **原子性**是一组操作要么完全发生，要么没有发生，其余线程不会看到中间过程的存在。注意，**原子操作+原子操作不一定还是原子操作。**
 *  **可见性**是指一个线程对共享变量的更新**对于另外一个线程是否可见**的问题。
 *  **有序性**是指一个线程对共享变量的更新在其余线程看起来是**按照什么顺序执行**的问题。
 *  可以这么认为，**原子性 + 可见性 -> 有序性**

1.  **原子性**是一组操作要么完全发生，要么没有发生，其余线程不会看到中间过程的存在。
    
    > 对于涉及到共享变量访问的操作，若该操作从执行线程以外的任意线程来看是不可分割的，那么该操作就是原子操作，该操作具有原子性。即，其它线程不会“看到”该操作执行了部分的中间结果。
    > 
    > \*\*举例：\*\*银行转账流程中，A账户减少了100元，那么B账户就会多100元，这两个动作是一个原子操作。我们不会看到A减少了100元，但是B余额保持不变的中间结果。
    > 
    > **Java原子性的实现方式：**
    > 
    >  *  利用**锁的排他性**，保证同一时刻只有一个线程在操作一个共享变量
    >  *  利用\*\*CAS（Compare And Swap）\*\*保证
    >  *  Java**语言规范中**，保证了除long和double型以外的任何变量的写操作都是原子操作
    > 
    > ##### 关于原子性，你应该注意的地方： #####
    > 
    >  *  原子性针对的是多个线程的共享变量，所以对于局部变量来说不存在共享问题，也就无所谓是否是原子操作
    >  *  单线程环境下讨论是否是原子操作没有意义
    >  *  volatile关键字仅仅能保证变量写操作的原子性，不保证复合操作，比如说读写操作的原子性
2.  **可见性**是指一个线程对共享变量的更新对于另外一个线程是否可见的问题。
    
    > \*\*定义：\*\*可见性是指一个线程对于共享变量的更新，对于后续访问该变量的线程是否可见的问题。
    > 
    > 为了阐述可见性问题，我们先来简单介绍**处理器缓存**的概念。
    > 
    > 现代处理器处理速度远大于主内存的处理速度，所以在主内存和处理器之间加入了寄存器，高速缓存，写缓冲器以及无效化队列等部件来加速内存的读写操作。也就是说，我们的处理器可以和这些部件进行读写操作的交互，这些部件可以称为处理器缓存。
    > 
    > 处理器对内存的读写操作，其实仅仅是与处理器缓存进行了交互。一个处理器的缓存上的内容无法被另外一个处理器读取，所以另外一个处理器必须通过缓存一致性协议来读取的其他处理器缓存中的数据，并且同步到自己的处理器缓存中，这样保证了其余处理器对该变量的更新对于另外处理器是可见的。
    > 
    > **在单处理器中，为什么也会出现可见性的问题呢？**
    > 
    > 单处理器中，由于是多线程并发编程，所以会存在线程的上下文切换，线程会将对变量的更新当作上下文存储起来，导致其余线程无法看到该变量的更新。所以单处理器下的多线程并发编程也会出现可见性问题的。
3.  **有序性**是指一个线程对共享变量的更新在其余线程看起来是按照什么顺序执行的问题。
    
    > \*\*定义：\*\*有序性是指一个处理器上运行的线程所执行的内存访问操作在另外一个处理器上运行的线程来看是否有序的问题。
    > 
    > **重排序：**  
    > 为了提高程序执行的性能，Java编译器在其认为不影响程序正确性的前提下，可能会对源代码顺序进行一定的调整，导致程序运行顺序与源代码顺序不一致。
    > 
    > 重排序是对内存读写操作的一种优化，在单线程环境下不会导致程序的正确性问题，但是多线程环境下可能会影响程序的正确性。
    > 
    > **重排序举例：**  
    > **Instance instance = new Instance()都发生了啥？**  
    > **具体步骤如下所示三步：**
    > 
    >  *  在堆内存上分配对象的内存空间
    >  *  在堆内存上初始化对象
    >  *  设置instance指向刚分配的内存地址
    > 
    > 第二步和第三步可能会发生重排序，导致引用型变量指向了一个不为null但是也不完整的对象。（**在多线程下的单例模式中，我们必须通过volatile来禁止指令重排序**）