Java 如何解決可見性和有序性問題

并發(fā)場(chǎng)景中，因可見性、原子性、有序性導(dǎo)致問題常常導(dǎo)致bug，Java在誕生之初就支持多線程，自然也有針對(duì)這三者的技術(shù)方案

今天就學(xué)習(xí)一下Java如何解決其中的可見性和有序性導(dǎo)致的問題，就引來了今天的主角兒——Java內(nèi)存模型

什么是Java內(nèi)存模型

? 導(dǎo)致可見性的原因是緩存，導(dǎo)致有序性的原因是編譯優(yōu)化

解決可見性、有序性最直接的方法就是禁用緩存和編譯優(yōu)化，但這樣會(huì)導(dǎo)致性能下降，我們應(yīng)該想到的是如何按需禁用緩存和編譯優(yōu)化。

? Java內(nèi)存模型規(guī)范了JVM如何提供按需禁用緩存和編譯優(yōu)化的方法，這些方法包括volatile、synchronized和final三個(gè)關(guān)鍵字以及六項(xiàng)Happens-Before規(guī)則。

使用volatile困惑

volatile關(guān)鍵字在C語言也有，最原始的意義就是禁用CPU緩存。

例如：

volatile int x = 0

表達(dá)就是不能使用CPU緩存，必須從內(nèi)存中讀取或者寫入。

看起來沒啥問題，但是在實(shí)際使用卻會(huì)帶了困惑。

例如：

class VolatileExample {
  int x = 0;
  volatile boolean v = false;
  public void writer() {
    x = 42;
    v = true;
  }
  public void reader() {
    if (v == true) {
      System.out.println(x);
    }
  }
}

假如有A線程調(diào)用writer()，B線程調(diào)用reader(),輸出來的x會(huì)是多少呢，在JDK1.5之前，x可能是0或者42，這是因?yàn)镃PU緩存導(dǎo)致可見性問題，JDK1.5之后Java內(nèi)存模型對(duì)volatile語義進(jìn)行了增強(qiáng)，因此就引出了Happens-Before規(guī)則。

Happens-Before規(guī)則

Happens-Before規(guī)則就是保證前面的一個(gè)操作的結(jié)果對(duì)后續(xù)操作是可見的。

它約束了編譯器的優(yōu)化行為，雖允許編譯器優(yōu)化，但是要求編譯器優(yōu)化后一定遵守Happens-Before規(guī)則：

規(guī)則一：程序的順序性規(guī)則

? 這條規(guī)則是指在一個(gè)線程中，按照程序順序，前面的操作 Happens-Before 于后續(xù)的任意操作。

這還是比較容易理解的，比如剛才那段示例代碼，按照程序的順序，第 6 行代碼 “x = 42;” Happens-Before 于第 7 行代碼 “v = true;”，這就是規(guī)則 1 的內(nèi)容，也比較符合單線程里面的思維：程序前面對(duì)某個(gè)變量的修改一定是對(duì)后續(xù)操作可見的。

規(guī)則二：volatile 變量規(guī)則

? 這條規(guī)則是指對(duì)一個(gè) volatile 變量的寫操作， Happens-Before 于后續(xù)對(duì)這個(gè) volatile 變量的讀操作，即對(duì)后面的讀操作可見。

規(guī)則三：傳遞性

? 這條規(guī)則是指如果A Happens-Before B,B Happens-Before C，那么 A Happens-Before C。

規(guī)則四：管程中鎖的規(guī)則

? 這條規(guī)則是指對(duì)一個(gè)鎖的解鎖Happens-Before于后續(xù)對(duì)這個(gè)鎖的加鎖。

? 管程是一種通用的同步原語，在Java中指的就是synchronized，synchronized是Java里對(duì)管程的實(shí)現(xiàn)。

tip： 在操作系統(tǒng)中，管程的定義如下： 管程是由一組數(shù)據(jù)以及定義在這組數(shù)據(jù)之上的對(duì)該組數(shù)據(jù)操作的操作組成的軟件模塊，稱之為管程。

基本特性：

1. 局部于管程的數(shù)據(jù)只能被局部于管程內(nèi)的過程所訪問。

2. 一個(gè)進(jìn)程只有通過調(diào)用管程內(nèi)的過程才能進(jìn)入管程訪問共享數(shù)據(jù)

3. 每次僅允許一個(gè)進(jìn)程在管程中執(zhí)行某個(gè)內(nèi)部過程。

注意：由于管程是一個(gè)語言的成分，所以管程的互斥訪問完全由編譯程序在編譯時(shí)自動(dòng)添加，無需程序員關(guān)注

? 管程中的鎖在Java是隱式實(shí)現(xiàn)的，加鎖以及釋放鎖都是編譯器幫我們實(shí)現(xiàn)的。

synchronized (this) { //此處自動(dòng)加鎖
 // x是共享變量,初始值=10
 if (this.x < 12) {
   this.x = 12; 
 }  
} //此處自動(dòng)解鎖

規(guī)則五：線程start（）規(guī)則

? 這條是關(guān)于線程啟動(dòng)的，指主線程A啟動(dòng)子線程B后，子線程B能夠看到主線程在啟動(dòng)子線程B前的操作。

規(guī)則六：join（）規(guī)則

? 這條是關(guān)于線程等待的，它是指主線程A等待子線程B完成（主線程A通過調(diào)用子線程B的join（）方法實(shí)現(xiàn)），當(dāng)子線程B完成后（主線程A中join（）方法返回）

主線程能夠看到子線程的操作。這里的“看到”，指的是對(duì)共享變量的操作。

通過調(diào)用子線程B的join（）方法實(shí)現(xiàn)），當(dāng)子線程B完成后（主線程A中join（）方法返回）

主線程能夠看到子線程的操作。這里的“看到”，指的是對(duì)共享變量的操作。

到此這篇關(guān)于關(guān)于Java中的可見性和有序性問題的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java可見性和有序性內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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