线程安全在JVM中的体现

港控/mmm° 2023-07-23 14:57 14阅读 0赞

线程安全在JVM中的体现

## 为什么会有并发问题？ ##

**1.内存同步**

事实上，线程操作堆中共享对象数据时并不是直接操作对象所在的那块内存，这里称之为主内存；而是**将对象拷贝到线程私有的工作内存中进行更新，完成后再将最新的数据值同步回主内存**，而多个线程在同一时刻将一个对象的值改得七七八八，然后再同时同步给对象所在的内存区域，那么以谁更新的为准就成了问题。

**2.处理器优化和指令重排**

还有一种硬件问题也比较重要，那就是为了使处理器内部的运算单元能够尽量的被充分利用，**处理器可能会对输入代码进行乱序执行处理。这就是处理器优化**。  
除了现在很多流行的处理器会对代码进行优化乱序处理，很多编程语言的编译器也会有类似的优化，**比如Java虚拟机的即时编译器（JIT）也会做指令重排**。  
可想而知，如果任由处理器优化和编译器对指令重排的话，就可能导致各种各样的问题。

**3.CPU和缓存一致性**

我们应该都知道，计算机在执行程序的时候，每条指令都是在CPU中执行的，而执行的时候，又免不了要和数据打交道。而计算机上面的数据，是存放在主存当中的，也就是计算机的物理内存啦。  
刚开始，还相安无事，但是随着CPU技术的发展，CPU的执行速度越来越快。而由于内存的技术并没有太大的变化，所以从内存中读取和写入数据的过程和CPU的执行速度比起来差距就会越来越大,这就导致CPU每次操作内存都要耗费很多等待时间。  
所以，人们想出来了一个好的办法，就是**在CPU和内存之间增加高速缓存**。缓存的概念大家都知道，就是保存一份数据拷贝。他的特点是速度快，内存小，并且昂贵。

那么，程序的执行过程就变成了：当程序在运行过程中，会将运算需要的数据从主存复制一份到CPU的高速缓存当中，那么CPU进行计算时就可以直接从它的高速缓存读取数据和向其中写入数据，当运算结束之后，再将高速缓存中的数据刷新到主存当中。  
而随着CPU能力的不断提升，一层缓存就慢慢的无法满足要求了，就逐渐的衍生出多级缓存。

那么，在有了多级缓存之后，程序的执行就变成了：当CPU要读取一个数据时，首先从一级缓存中查找，如果没有找到再从二级缓存中查找，如果还是没有就从三级缓存或内存中查找。

单核CPU只含有一套L1，L2，L3缓存；  
如果CPU含有多个核心，即多核CPU，则每个核心都含有一套L1（甚至和L2）缓存，而共享L3（或者和L2）缓存。

**在CPU和主存之间增加缓存，在多线程场景下就可能存在缓存一致性问题，也就是说，在多核CPU中，每个核的自己的缓存中，关于同一个数据的缓存内容可能不一致。**

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