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深入理解并發編程中的三個問題

來源: 責編: 時間:2024-03-19 17:35:13 191觀看
導讀1.可見性可見性(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。1.1 可見性案例演示一個線程根據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

1.可見性

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。aIf28資訊網——每日最新資訊28at.com

1.1 可見性案例演示

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。aIf28資訊網——每日最新資訊28at.com

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:aIf28資訊網——每日最新資訊28at.com

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。aIf28資訊網——每日最新資訊28at.com

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。aIf28資訊網——每日最新資訊28at.com

2.原子性

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。aIf28資訊網——每日最新資訊28at.com

2.1 可見性案例演示

5個線程各執行1000次 i++aIf28資訊網——每日最新資訊28at.com

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?aIf28資訊網——每日最新資訊28at.com

結果可能是5000,也可能是小于5000的結果都有可能。aIf28資訊網——每日最新資訊28at.com

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:aIf28資訊網——每日最新資訊28at.com

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。aIf28資訊網——每日最新資訊28at.com

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。aIf28資訊網——每日最新資訊28at.com

3.有序性

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。aIf28資訊網——每日最新資訊28at.com

3.1.  有序性可見性案例演示

有序性aIf28資訊網——每日最新資訊28at.com

jcstress是Java并發壓測工具。aIf28資訊網——每日最新資訊28at.com

pom文件,添加依賴。aIf28資訊網——每日最新資訊28at.com

<dependency>    <groupId>org.openjdk.jcstress</groupId>    <artifactId>jcstress-core</artifactId>    <version>0.5</version></dependency>

代碼:aIf28資訊網——每日最新資訊28at.com

@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。aIf28資訊網——每日最新資訊28at.com

思考:在多線程情況下可能出現幾種結果?aIf28資訊網——每日最新資訊28at.com

  • 情況1:線程1先執行actor1,這時ready = false,所以進入else分支結果為1。
  • 情況2:線程2執行到actor2,執行了num = 2;和ready = true,線程1執行,這回進入 if 分支,結果為 4。
  • 情況3:線程2先執行actor2,只執行num = 2;但沒來得及執行 ready = true,線程1執行,還是進入else分支,結果為1。

注意:還有第四種情況,結果為0。aIf28資訊網——每日最新資訊28at.com

  • 情況4:線程2java編譯后結果
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。aIf28資訊網——每日最新資訊28at.com

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運行測試:aIf28資訊網——每日最新資訊28at.com

mvn clean installjava -jar target/jcstress.jar

部分jcstress測試結果,0結果出現1384次。aIf28資訊網——每日最新資訊28at.com

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完整pox.xml:aIf28資訊網——每日最新資訊28at.com

<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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