摘要:并发编程是Java程序员最核心的技能之一,同时也是掌握难度最大的一部分。我们都知道Java中提供了各种异步机制,但无论是`notify``wait`、`synchronized`、`volatile`亦或是`java.util.conccurrent`包下的`ReentrantLock`、`ThreadPoolExecutor`都遵循着相同的异步理论,要理解上述并发机制就必须首先了解Java异步的核心原理。
并发编程是Java程序员最核心的技能之一,同时也是掌握难度最大的一部分。我们都知道Java中提供了各种异步机制,但无论是notifywait、synchronized、volatile亦或是java.util.conccurrent包下的ReentrantLock、ThreadPoolExecutor都遵循着相同的异步理论,要理解上述并发机制就必须首先了解Java异步的核心原理。点击链接加入群【java《学习》+交流】:https://jq.qq.com/
1 共享性
数据共享性是线程安全的主要原因之一。如果数据只在某一个线程中被访问则不存在共享性问题。然而在多线程环境下常常是多个线程共享一部分数据,为保证在多线程环境下共享数据的一致性,必须引入进程间的同步机制。
2 互斥性
资源互斥是指同时只允许一个访问者对其进行访问,具有唯一性和排它性。我们通常允许多个线程同时对数据进行读操作,但同一时间内只允许一个线程对数据进行写操作。所以我们通常将锁分为共享锁和排它锁,也叫做读锁和写锁。如果资源不具有互斥性,即使是共享资源,我们也不需要担心线程安全。例如,对于不可变的数据共享,所有线程都只能对其进行读操作,所以不用考虑线程安全问题。但是对共享数据的写操作,一般就需要保证互斥性。Java 中提供多种机制来保证互斥性,最简单的方式是使用Synchronized。
3 原子性
所谓原子性指的是一系列不可分割的,独立的操作,换句话说就是如果执行一个原子性操作,要么不执行,要么执行完该原子性操作,不会出现只做一半的情况。最底层的原子性操作是操作系统的指令。但Java层面的操作往往是由多个原子性操作构成的,要保证Java操作的原子性最常见的方式就是加锁,如Java中的Synchronized或Lock都可以实现,代码段二就是通过Synchronized实现的。除此之外还有一种方式是CAS(Compare And Swap):即修改数据之前先比较与之前读取到的值是否一致,如果一致,则进行修改,如果不一致则重新执行,这也是乐观锁的实现原理。
4 可见性
在多线程环境下,每一个线程都维护一个本地的工作内存,线程操作一个共享变量时并不是直接操作在主内存中的变量,而是将其先拷贝到自己工作内存后再就行修改,同时在修改完成后再同步到主内存。而所谓可见性就是当某一个线程改变某一共享变量后,另一线程可以感知到这一变化。Java中通过Synchronized和volatile来保证可见性。
5 有序性
学过体系结构的朋友都知道,为了提高程序运行的效率,CPU会对指令进行重排序,以实现指令级并行。其实在现代操作系统中,除了指令级重排序外,编译器和内存系统也会进行相应的重排序以提升效率。
在单线程环境下,以上的重排序是不会改变程序的运行逻辑的。但是到了多线程环境,这样的重排序则可能导致逻辑错乱。Java中通过Synchronized和volatile来保证顺序性。有学习Java的小伙伴的加下Java学习交流群:523401738