可見性(Visibility):是指一個線程對共享變量進行修改,另一個先立即得到修改后的最新值。
一個線程根據boolean類型的標記flag, while循環,另一個線程改變這個flag變量的值,另 一個線程并不會停止循環。
public class VisibilityTest { // 多個線程都會訪問的數據,我們稱為線程的共享數據 // 定義一個靜態的 boolean 變量 run,初始值為 true private static boolean run = true; public static void main(String[] args) throws InterruptedException { // 創建并啟動線程 t1 Thread t1 = new Thread(() -> { // 在 run 變量為 true 時循環輸出消息 while (run) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "線程1 run = " + run); } // 循環結束后輸出最終消息 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "線程1 run = " + run); }); t1.start(); // 啟動線程 t1 Thread.sleep(1000); // 主線程睡眠1秒鐘 // 創建并啟動線程 t2 Thread t2 = new Thread(() -> { run = false; // 將 run 變量設置為 false System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "時間到,線程2設置為false"); }); t2.start(); // 啟動線程 t2 }}
輸出結果:
Thread-0線程1 run = trueThread-0線程1 run = true// .....結果省略Thread-1時間到,線程2設置為falseThread-0線程1 run = false
線程1開始運行時run=true,所以會不斷循環輸出Thread-0線程1 run = true,線程2運行后設置run=false,線程1發現run=true后就停止輸出。
總結:并發編程時,會出現可見性問題,當一個線程對共享變量進行了修改,另外的線程并沒有立即看到修改后的最新值。
原子性(Atomicity):在一次或多次操作中,要么所有的操作都執行并且不會受其他因素干擾而中斷,要么所有的操作都不執行。
5個線程各執行1000次 i++
public class AtomicityTest { private static int number = 0; // 定義一個靜態的整數變量 number,初始值為 0 public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Runnable increment = () -> { // 定義一個 Runnable 匿名類 increment,用于對 number 進行累加操作 for (int i = 0; i < 1000; i++) { number++; // 對 number 進行累加操作 } }; ArrayList<Thread> ts = new ArrayList<>(); // 創建一個 ArrayList 用于存儲線程對象 for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread t = new Thread(increment); // 創建一個新線程,傳入 increment Runnable 實例 t.start(); // 啟動線程 ts.add(t); // 將線程對象添加到 ArrayList 中 } for (Thread t : ts) { t.join(); // 等待所有子線程執行完畢 } System.out.println("number = " + number); // 輸出最終的 number 值 }}
思考:最終number結果可能是多少?
結果可能是5000,也可能是小于5000的結果都有可能。
對于 number++ 而言(number 為靜態變量),實際會產生如下的 JVM 字節碼指令:
9: getstatic #12 // Field number:I12: iconst_113: iadd14: putstatic #12 // Field number:I
可見number++是由多條語句組成,以上多條指令在一個線程的情況下是不會出問題的,但是在多線程情況下就可能會出現問題。比如一個線程在執行13: iadd時,另一個線程又執行9: getstatic。會導致兩次number++,實際上只加了1。
總結:并發編程時,會出現原子性問題,當一個線程對共享變量操作到一半時,另外的線程也有可能來操作共享變量,干擾了前一個線程的操作。
有序性(Ordering):是指程序中代碼的執行順序,Java在編譯時和運行時會對代碼進行優化,會導致程序最終的執行順序不一定就是我們編寫代碼時的順序。
有序性
jcstress是Java并發壓測工具。
pom文件,添加依賴。
<dependency> <groupId>org.openjdk.jcstress</groupId> <artifactId>jcstress-core</artifactId> <version>0.5</version></dependency>
代碼:
@JCStressTest@Outcome(id = {"1", "4"}, expect = Expect.ACCEPTABLE, desc = "ok")@Outcome(id = "0", expect = Expect.ACCEPTABLE_INTERESTING, desc = "danger")@Statepublic class OrderingTest { int num = 0; boolean ready = false; // 線程1執行的代碼 @Actor public void actor1(I_Result r) { if (ready) { r.r1 = num + num; } else { r.r1 = 1; } } // 線程2執行的代碼 @Actor public void actor2(I_Result r) { num = 2; ready = true; }}
I_Result 是一個對象,有一個屬性 r1 用來保存結果。
思考:在多線程情況下可能出現幾種結果?
注意:還有第四種情況,結果為0。
ready = true;num = 2;
線程2先執行actor2,執行了ready = true,但沒來得及執行執行num = 2,線程1執行,還是進入if分支,結果為0。
運行測試:
mvn clean installjava -jar target/jcstress.jar
部分jcstress測試結果,0結果出現1384次。
完整pox.xml:
<properties> <maven.compiler.source>8</maven.compiler.source> <maven.compiler.target>8</maven.compiler.target> <project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding> <javac.target>1.8</javac.target> <uberjar.name>jcstress</uberjar.name> </properties> <dependencies> <dependency> <groupId>org.openjdk.jcstress</groupId> <artifactId>jcstress-core</artifactId> <version>0.5</version> </dependency> </dependencies> <build> <plugins> <plugin> <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId> <artifactId>maven-compiler-plugin</artifactId> <version>3.1</version> <configuration> <compilerVersion>${javac.target}</compilerVersion> <source>${javac.target}</source> <target>${javac.target}</target> </configuration> </plugin> <plugin> <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId> <artifactId>maven-shade-plugin</artifactId> <version>2.2</version> <executions> <execution> <id>main</id> <phase>package</phase> <goals> <goal>shade</goal> </goals> <configuration> <finalName>${uberjar.name}</finalName> <transformers> <transformer implementation="org.apache.maven.plugins.shade.resource.ManifestResourceTransformer"> <mainClass>org.openjdk.jcstress.Main</mainClass> </transformer> <transformer implementation="org.apache.maven.plugins.shade.resource.AppendingTransformer"> <resource>META-INF/TestList</resource> </transformer> </transformers> </configuration> </execution> </executions> </plugin> </plugins> </build>
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