java之线程安全问题
来源:互联网 发布:软件开发证书含金量 编辑:程序博客网 时间:2024/06/05 11:14
线程:时间片轮转: 分割cpu的时间
进程:一个内存中的运行的程序,内存分配的基本单位 例如:qq,酷狗 分别都是一个进程并且每个进程都有自己的独立空间
线程:独立运行的最小单元(轻量级的进程)
进程与线程关系:
一般一个进程可以包含多个进程,多个线程共享同一个进程的资源(内存)。
线程总体分两类:用户线程和守候线程。
当所有用户线程执行完毕的时候,JVM自动关闭。但是守候线程却不独立于JVM,守候线程一般是由操作系统或者用户自己创建的
内存静态 动态之分 程序没有运行
浅谈java内存模型
不同的平台,内存模型是不一样的,但是jvm的内存模型规范是统一的。其实java的多线程并发问题最终都会反映在java的内存模型上,所谓线程安全无非是要控制多个线程对某个资源的有序访问或修改。总结java的内存模型,要解决两个主要的问题:可见性和有序性。我们都知道计算机有高速缓存的存在,处理器并不是每次处理数据都是取内存的。JVM定义了自己的内存模型,屏蔽了底层平台内存管理细节,对于java开发人员,要清楚在jvm内存模型的基础上,如果解决多线程的可见性和有序性。
那么,何谓可见性?多个线程之间是不能互相传递数据通信的,它们之间的沟通只能通过共享变量来进行。Java内存模型(JMM)规定了jvm有主内存,主内存是多个线程共享的。当new一个对象的时候,也是被分配在主内存中,每个线程都有自己的工作内存,工作内存存储了主存的某些对象的副本,当然线程的工作内存大小是有限制的。当线程操作某个对象时,执行顺序如下:
(1) 从主存复制变量到当前工作内存 (read and load)
(2) 执行代码,改变共享变量值 (use and assign)
(3) 用工作内存数据刷新主存相关内容 (store and write)
JVM规范定义了线程对主存的操作指令:read,load,use,assign,store,write。当一个共享变量在多个线程的工作内存中都有副本时,如果一个线程修改了这个共享变量,那么其他线程应该能够看到这个被修改后的值,这就是多线程的可见性问题。
那么,什么是有序性呢?线程在引用变量时不能直接从主内存中引用,如果线程工作内存中没有该变量,则会从主内存中拷贝一个副本到工作内存中,这个过程为read-load,完成后线程会引用该副本。当同一线程再度引用该字段时,有可能重新从主存中获取变量副本(read-load-use),也有可能直接引用原来的副本(use),也就是说 read,load,use顺序可以由JVM实现系统决定。
线程不能直接为主存中中字段赋值,它会将值指定给工作内存中的变量副本(assign),完成后这个变量副本会同步到主存储区(store-write),至于何时同步过去,根据JVM实现系统决定.有该字段,则会从主内存中将该字段赋值到工作内存中,这个过程为read-load,完成后线程会引用该变量副本,当同一线程多次重复对字段赋值时,比如:
Java代码
for(inti=0;i<10;i++)
a++;
for(int i=0;i<10;i++)
a++;
线程有可能只对工作内存中的副本进行赋值,只到最后一次赋值后才同步到主存储区,所以assign,store,weite顺序可以由JVM实现系统决定。假设有一个共享变量x,线程a执行x=x+1。从上面的描述中可以知道x=x+1并不是一个原子操作,它的执行过程如下:
1 从主存中读取变量x副本到工作内存
2 给x加1
3 将x加1后的值写回主 存
如果另外一个线程b执行x=x-1,执行过程如下:
1 从主存中读取变量x副本到工作内存
2 给x减1
3 将x减1后的值写回主存
那么显然,最终的x的值是不可靠的。假设x现在为10,线程a加1,线程b减1,从表面上看,似乎最终x还是为10,但是多线程情况下会有这种情况发生:
1:线程a从主存读取x副本到工作内存,工作内存中x值为10
2:线程b从主存读取x副本到工作内存,工作内存中x值为10
3:线程a将工作内存中x加1,工作内存中x值为11
4:线程a将x提交主存中,主存中x为11
5:线程b将工作内存中x值减1,工作内存中x值为9
6:线程b将x提交到中主存中,主存中x为9
同样,x有可能为11,如果x是一个银行账户,线程a存款,线程b扣款,显然这样是有严重问题的,
要解决这个问题,必须保证线程a和线程b是有序执行的,并且每个线程执行的加1或减1是一个原子操作。
站内很多人都问我,所谓线程的“工作内存”到底是个什么东西?有的人认为是线程的栈,其实这种理解是不正确的。
看看JLS(java语言规范)对线程工作内存的描述,线程的workingmemory只是cpu的寄存器和高速缓存的抽象描述。
可能很多人都觉得莫名其妙,说JVM的内存模型,怎么会扯到cpu上去呢?在此,我认为很有必要阐述下,免得很多人看得不明不白的。
先抛开java虚拟机不谈,我们都知道,现在的计算机,cpu在计算的时候,并不总是从内存读取数据,它的数据读取顺序优先级是:寄存器-高速缓存-内存。
线程耗费的是CPU,线程计算的时候,原始的数据来自内存,在计算过程中,有些数据可能被频繁读取,这些数据被存储在寄存器和高速缓存中,当线程计算完后,这些缓存的数据在适当的时候应该写回内存。
当个多个线程同时读写某个内存数据时,就会产生多线程并发问题,涉及到三个特性:原子性,有序性,可见性。在《线程安全总结》这篇文章中,为了理解方便,我把原子性和有序性统一叫做“多线程执行有序性”。
支持多线程的平台都会面临这种问题,运行在多线程平台上支持多线程的语言应该提供解决该问题的方案。
每个线程的栈都是该线程私有的,堆则是所有线程共享的。当我们new一个对象时,该对象就被分配到了堆中。
线程安全解决办法:
不要跨线程访问共享变量
使共享变量是final类型的
将共享变量的操作加上同步
进程:一个内存中的运行的程序,内存分配的基本单位 例如:qq,酷狗 分别都是一个进程并且每个进程都有自己的独立空间
线程:独立运行的最小单元(轻量级的进程)
进程与线程关系:
线程总体分两类:用户线程和守候线程。
当所有用户线程执行完毕的时候,JVM自动关闭。但是守候线程却不独立于JVM,守候线程一般是由操作系统或者用户自己创建的
内存静态 动态之分 程序没有运行
浅谈java内存模型
JVM规范定义了线程对主存的操作指令:read,load,use,assign,store,write。当一个共享变量在多个线程的工作内存中都有副本时,如果一个线程修改了这个共享变量,那么其他线程应该能够看到这个被修改后的值,这就是多线程的可见性问题。
Java代码
线程有可能只对工作内存中的副本进行赋值,只到最后一次赋值后才同步到主存储区,所以assign,store,weite顺序可以由JVM实现系统决定。假设有一个共享变量x,线程a执行x=x+1。从上面的描述中可以知道x=x+1并不是一个原子操作,它的执行过程如下:
1 从主存中读取变量x副本到工作内存
2 给x加1
3 将x加1后的值写回主 存
如果另外一个线程b执行x=x-1,执行过程如下:
1 从主存中读取变量x副本到工作内存
2 给x减1
3 将x减1后的值写回主存
那么显然,最终的x的值是不可靠的。假设x现在为10,线程a加1,线程b减1,从表面上看,似乎最终x还是为10,但是多线程情况下会有这种情况发生:
1:线程a从主存读取x副本到工作内存,工作内存中x值为10
2:线程b从主存读取x副本到工作内存,工作内存中x值为10
3:线程a将工作内存中x加1,工作内存中x值为11
4:线程a将x提交主存中,主存中x为11
5:线程b将工作内存中x值减1,工作内存中x值为9
6:线程b将x提交到中主存中,主存中x为9
同样,x有可能为11,如果x是一个银行账户,线程a存款,线程b扣款,显然这样是有严重问题的,
要解决这个问题,必须保证线程a和线程b是有序执行的,并且每个线程执行的加1或减1是一个原子操作。
站内很多人都问我,所谓线程的“工作内存”到底是个什么东西?有的人认为是线程的栈,其实这种理解是不正确的。
看看JLS(java语言规范)对线程工作内存的描述,线程的workingmemory只是cpu的寄存器和高速缓存的抽象描述。
先抛开java虚拟机不谈,我们都知道,现在的计算机,cpu在计算的时候,并不总是从内存读取数据,它的数据读取顺序优先级是:寄存器-高速缓存-内存。
线程耗费的是CPU,线程计算的时候,原始的数据来自内存,在计算过程中,有些数据可能被频繁读取,这些数据被存储在寄存器和高速缓存中,当线程计算完后,这些缓存的数据在适当的时候应该写回内存。
当个多个线程同时读写某个内存数据时,就会产生多线程并发问题,涉及到三个特性:原子性,有序性,可见性。在《线程安全总结》这篇文章中,为了理解方便,我把原子性和有序性统一叫做“多线程执行有序性”。
支持多线程的平台都会面临这种问题,运行在多线程平台上支持多线程的语言应该提供解决该问题的方案。
每个线程的栈都是该线程私有的,堆则是所有线程共享的。当我们new一个对象时,该对象就被分配到了堆中。
线程安全解决办法:
不要跨线程访问共享变量
使共享变量是final类型的
将共享变量的操作加上同步
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