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  • 并发编程之多线程

    为什么有线程安全问题?

    当多个线程同时共享,同一个全局变量或静态变量,做写的操作时,可能会发生数据冲突问题,也就是线程安全问题。但是做读操作是不会发生数据冲突问题。

    线程安全解决办法:

    问:如何解决多线程之间线程安全问题

    答:使用多线程之间同步synchronized或使用锁(lock)。

    问:为什么使用线程同步或使用锁能解决线程安全问题呢?

    答:将可能会发生数据冲突问题(线程不安全问题),只能让当前一个线程进行执行。代码执行完成后释放锁,让后才能让其他线程进行执行。这样的话就可以解决线程不安全问题。

    问:什么是多线程之间同步

    答:当多个线程共享同一个资源,不会受到其他线程的干扰。

    内置的锁

    Java提供了一种内置的锁机制来支持原子性

    每一个Java对象都可以用作一个实现同步的锁,称为内置锁,线程进入同步代码块之前自动获取到锁,代码块执行完成正常退出或代码块中抛出异常退出时会释放掉锁

    内置锁为互斥锁,即线程A获取到锁后,线程B阻塞直到线程A释放锁,线程B才能获取到同一个锁

    内置锁使用synchronized关键字实现,synchronized关键字有两种用法:

    1.修饰需要进行同步的方法(所有访问状态变量的方法都必须进行同步),此时充当锁的对象为调用同步方法的对象

    2.同步代码块和直接使用synchronized修饰需要同步的方法是一样的,但是锁的粒度可以更细,并且充当锁的对象不一定是this,也可以是其它对象,所以使用起来更加灵活

    静态同步函数

    答:什么是静态同步函数?

    方法上加上static关键字,使用synchronized 关键字修饰 或者使用类.class文件。

    静态的同步函数使用的锁是  该函数所属字节码文件对象

    可以用 getClass方法获取,也可以用当前  类名.class 表示。

    代码样例:

    public static void sale() {
            synchronized (ThreadTrain3.class) {
                if (trainCount > 0) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售第" + (100 - trainCount + 1) + "张票");
                    trainCount--;
                }
            }
    }

    总结:

    synchronized 修饰方法使用锁是当前this锁。

    synchronized 修饰静态方法使用锁是当前类的字节码文件

     什么是多线程死锁?

       答:同步中嵌套同步,导致锁无法释放

    Threadlocal

    什么是Threadlocal

    ThreadLocal提高一个线程的局部变量,访问某个线程拥有自己局部变量。

     当使用ThreadLocal维护变量时,ThreadLocal为每个使用该变量的线程提供独立的变量副本,所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本,而不会影响其它线程所对应的副本。

    多线程有三大特性

    原子性、可见性、有序性

    什么是原子性

    即一个操作或者多个操作 要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断,要么就都不执行。

    一个很经典的例子就是银行账户转账问题: 
    比如从账户A向账户B转1000元,那么必然包括2个操作:从账户A减去1000元,往账户B加上1000元。这2个操作必须要具备原子性才能保证不出现一些意外的问题。

    我们操作数据也是如此,比如i = i+1;其中就包括,读取i的值,计算i,写入i。这行代码在Java中是不具备原子性的,则多线程运行肯定会出问题,所以也需要我们使用同步和lock这些东西来确保这个特性了。

    原子性其实就是保证数据一致、线程安全一部分,

    什么是可见性

    当多个线程访问同一个变量时,一个线程修改了这个变量的值,其他线程能够立即看得到修改的值。

    若两个线程在不同的cpu,那么线程1改变了i的值还没刷新到主存,线程2又使用了i,那么这个i值肯定还是之前的,线程1对变量的修改线程没看到这就是可见性问题。

    什么是有序性

    程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。

    一般来说处理器为了提高程序运行效率,可能会对输入代码进行优化,它不保证程序中各个语句的执行先后顺序同代码中的顺序一致,但是它会保证程序最终执行结果和代码顺序执行的结果是一致的。如下:

    int a = 10;    //语句1

    int r = 2;    //语句2

    a = a + 3;    //语句3

    r = a*a;     //语句4

    则因为重排序,他还可能执行顺序为 2-1-3-4,1-3-2-4
    但绝不可能 2-1-4-3,因为这打破了依赖关系。
    显然重排序对单线程运行是不会有任何问题,而多线程就不一定了,所以我们在多线程编程时就得考虑这个问题了。

    Java内存模型

    共享内存模型指的就是Java内存模型(简称JMM),JMM决定一个线程对共享变量的写入时,能对另一个线程可见。从抽象的角度来看,JMM定义了线程和主内存之间的抽象关系:线程之间的共享变量存储在主内存(main memory)中,每个线程都有一个私有的本地内存(local memory),本地内存中存储了该线程以读/写共享变量的副本。本地内存是JMM的一个抽象概念,并不真实存在。它涵盖了缓存,写缓冲区,寄存器以及其他的硬件和编译器优化。

    从上图来看,线程A与线程B之间如要通信的话,必须要经历下面2个步骤:

    1. 首先,线程A把本地内存A中更新过的共享变量刷新到主内存中去。

    2. 然后,线程B到主内存中去读取线程A之前已更新过的共享变量。

    下面通过示意图来说明这两个步骤:

    如上图所示,本地内存A和B有主内存中共享变量x的副本。假设初始时,这三个内存中的x值都为0。线程A在执行时,把更新后的x值(假设值为1)临时存放在自己的本地内存A中。当线程A和线程B需要通信时,线程A首先会把自己本地内存中修改后的x值刷新到主内存中,此时主内存中的x值变为了1。随后,线程B到主内存中去读取线程A更新后的x值,此时线程B的本地内存的x值也变为了1。

    从整体来看,这两个步骤实质上是线程A在向线程B发送消息,而且这个通信过程必须要经过主内存。JMM通过控制主内存与每个线程的本地内存之间的交互,来为java程序员提供内存可见性保证。

    总结:什么是Java内存模型:java内存模型简称jmm,定义了一个线程对另一个线程可见。共享变量存放在主内存中,每个线程都有自己的本地内存,当多个线程同时访问一个数据的时候,可能本地内存没有及时刷新到主内存,所以就会发生线程安全问题。

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