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了解Java多線程的可見(jiàn)性與有序性

更新時(shí)間：2019年06月19日 12:02:46 作者：mseddl

這篇文章主要介紹了了解Java多線程的可見(jiàn)性與有序性，在Java內(nèi)存模型中，允許編譯器和處理器對(duì)指令進(jìn)行重排序，但是重排序過(guò)程不會(huì)影響到單線程程序的執(zhí)行，卻會(huì)影響到多線程并發(fā)執(zhí)行的正確性。,需要的朋友可以參考下

多線程的可見(jiàn)性

一個(gè)線程對(duì)共享變量值的修改，能夠及時(shí)的被其他線程看到。

共享變量

如果一個(gè)變量在多個(gè)線程的工作內(nèi)存中都存在副本，那么這個(gè)變量就是這幾個(gè)線程的共享變量。
Java內(nèi)存模型

JMM（Java Memory Model，簡(jiǎn)稱JMM）描述了Java程序中各種變量（線程共享變量）的訪問(wèn)規(guī)則，以及在JVM中將變量存儲(chǔ)到內(nèi)存和從內(nèi)存中讀取出變量這樣的底層細(xì)節(jié)。它遵循四個(gè)原則：

所有的變量都存儲(chǔ)在主內(nèi)存中
每個(gè)線程都有自己獨(dú)立的工作內(nèi)存，里面保存該線程使用到的變量的副本（主內(nèi)存中該變量的一份拷貝）
線程對(duì)共享變量的所有操作都必須在自己的工作內(nèi)存中進(jìn)行，不能直接從主內(nèi)存中讀寫(xiě)
不同線程之間無(wú)法直接訪問(wèn)其他線程工作內(nèi)存中的變量，線程間變量的傳遞需要通過(guò)主內(nèi)存來(lái)完成

共享變量可見(jiàn)性實(shí)現(xiàn)的原理

線程1對(duì)共享變量的修改要想被線程2及時(shí)看到，必須經(jīng)過(guò)如下2個(gè)步驟：

把工作內(nèi)存1中更新過(guò)的共享變量刷新到主內(nèi)存中
將主內(nèi)存中最新的共享變量的值更新到工作內(nèi)存2中

Java的內(nèi)存模型：

Java語(yǔ)言層面支持的可見(jiàn)性實(shí)現(xiàn)方式有以下兩種：

synchronized
volatile

synchronized

JMM關(guān)于synchronized的規(guī)定：

線程解鎖前，必須把共享變量的最新值刷新到主內(nèi)存中
線程加鎖時(shí)，將清空工作內(nèi)存中存儲(chǔ)的共享變量的值，從而使用共享變量時(shí)，必須從主內(nèi)存中重新讀取最新的值。（注意：解鎖和加鎖，是指同一把鎖）

因此線程執(zhí)行synchronized代碼執(zhí)行互斥鎖的過(guò)程：

獲得互斥鎖。
清空工作內(nèi)存。
從主內(nèi)存拷貝變量的最新副本到工作內(nèi)存。
執(zhí)行代碼
將更改后的共享變量的值刷新到主內(nèi)存中
釋放互斥鎖

synchronize在JDK6之后，不單單是互斥鎖。

volatile

不能保證原子性，但適合使用volatile修飾狀態(tài)標(biāo)記量
通過(guò)加入內(nèi)存屏障和禁止重排序優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)的

在每個(gè)volatile寫(xiě)操作前插入StoreStore屏障，在寫(xiě)操作后插入StoreLoad屏障
在每個(gè)volatile讀操作前插入LoadLoad屏障，在讀操作后插入LoadStore屏障

通俗地講：volatile變量在每次被線程訪問(wèn)時(shí)，都強(qiáng)迫從主內(nèi)存中重讀該變量的值，而當(dāng)該變量發(fā)生變化時(shí)，又會(huì)強(qiáng)迫將最新的值刷新到主內(nèi)存。這樣任何時(shí)刻，不同的線程總能看到該變量的最新值。

volatile寫(xiě)操作：

volatile讀操作：

多線程的有序性

在Java內(nèi)存模型中，允許編譯器和處理器對(duì)指令進(jìn)行重排序，但是重排序過(guò)程不會(huì)影響到單線程程序的執(zhí)行，卻會(huì)影響到多線程并發(fā)執(zhí)行的正確性。

指令重排序：代碼書(shū)寫(xiě)的順序與實(shí)際執(zhí)行的順序不同，指令重排序是編譯器或者處理器為了提高程序性能而做的優(yōu)化。

編譯器優(yōu)化的重排序（編譯器優(yōu)化）
指令集并行重排序（處理器優(yōu)化）
內(nèi)存系統(tǒng)的重排序（處理器優(yōu)化）

happens-before原則

JMM可以通過(guò)happens-before關(guān)系向程序員提供跨線程的內(nèi)存可見(jiàn)性保證（如果A線程的寫(xiě)操作a與B線程的讀操作b之間存在happens-before關(guān)系，盡管a操作和b操作在不同的線程中執(zhí)行，但JMM向程序員保證a操作將對(duì)b操作可見(jiàn)）。

程序次序規(guī)則：在一個(gè)線程內(nèi)一段代碼的執(zhí)行結(jié)果是有序的。就是還會(huì)指令重排，但是隨便它怎么排，結(jié)果是按照我們代碼的順序生成的不會(huì)變！
管程鎖定規(guī)則：就是無(wú)論是在單線程環(huán)境還是多線程環(huán)境，對(duì)于同一個(gè)鎖來(lái)說(shuō)，一個(gè)線程對(duì)這個(gè)鎖解鎖之后，另一個(gè)線程獲取了這個(gè)鎖都能看到前一個(gè)線程的操作結(jié)果！(管程是一種通用的同步原語(yǔ)，synchronized就是管程的實(shí)現(xiàn)）
volatile變量規(guī)則：就是如果一個(gè)線程先去寫(xiě)一個(gè)volatile變量，然后一個(gè)線程去讀這個(gè)變量，那么這個(gè)寫(xiě)操作的結(jié)果一定對(duì)讀的這個(gè)線程可見(jiàn)。
傳遞規(guī)則：happens-before原則具有傳遞性，即A happens-before B ， B happens-before C，那么A happens-before C。
線程啟動(dòng)規(guī)則：在主線程A執(zhí)行過(guò)程中，啟動(dòng)子線程B，那么線程A在啟動(dòng)子線程B之前對(duì)共享變量的修改結(jié)果對(duì)線程B可見(jiàn)。
線程終止規(guī)則：在主線程A執(zhí)行過(guò)程中，子線程B終止，那么線程B在終止之前對(duì)共享變量的修改結(jié)果在線程A中可見(jiàn)。
線程中斷規(guī)則：對(duì)線程interrupt()方法的調(diào)用先行發(fā)生于被中斷線程代碼檢測(cè)到中斷事件的發(fā)生，可以通過(guò)Thread.interrupted()檢測(cè)到是否發(fā)生中斷。
對(duì)象終結(jié)規(guī)則：一個(gè)對(duì)象的初始化的完成，也就是構(gòu)造函數(shù)執(zhí)行的結(jié)束一定 happens-before它的finalize()方法。

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