并发理论总结1-并发源头和解决并发问题的方案

男娘i 2021-09-18 07:40 276阅读 0赞

# 并发bug源头 #

可见性，原子性，有序性。

## 可见性 ##

### 问题本源：缓存 ###

多核时代，每个CPU都有自己的缓存，当多个线程在不同的CPU上执行时，这些线程的数据存在不同的CPU缓存中，这也就导致了并发的可见性问题。

## 原子性 ##

### 问题本源：线程切换 或者说 cpu的原子性是cpu指令。 ###

JAVA的原子性是指一个线程在执行过程中不被中断，但是CPU的原子性是cpu指令，所以像JAVA这种高级语言的执行实际在CPU中执行，不光是从上往下执行，还会发生线程切换。

## 有序性 ##

### 问题本源：JVM编译优化。 ###

JVM编译字节码文件的时候，会优化性能的，有时候就会改变程序中语句的执行顺序。

# 解决可见性和有序性 #

粗暴的解决：直接禁用CPU缓存和编译优化。  
优雅的解决：按需禁用，最大程度的保持代码的性能优异性。

## 解决可见性 ##

### JVM内存模型对可见性提出了解决的理论依据 ###

#### Happends-Before规则 ####

这个规则的核心是：前面操作的结果对于后续操作时可见的。  
1.程序的顺序性规则  
同一个线程中，程序按照自上而下的顺序执行，程序前面某个变量的修改对于后续操作时可见的。  
2.volatile变量规则  
对一个 volatile 变量的写操作， Happens-Before 于后续对这个 volatile 变量的读操作。  
notice:  
volatile 关键字并不是 Java 语言的特产，古老的 C 语言里也有，它最原始的意义就是禁用 CPU 缓存。告诉编译器，对这个变量的读写，不能使用 CPU 缓存，必须从内存中读取或者写入。  
3.传递性规则  
如果 A Happens-Before B，且 B Happens-Before C，那么 A Happens-Before C。  
4.管程中的锁规则  
对一个锁的解锁 Happens-Before 于后续对这个锁的加锁。  
notice:  
管程是一种通用的同步原语，在 Java 中指的就是 synchronized，synchronized 是 Java 里对管程的实现。  
5.线程start()规则  
主线程 A 启动子线程 B 后，子线程 B 能够看到主线程在启动子线程 B 前的操作。  
6.线程join()规则  
主线程 A 等待子线程 B 完成（主线程 A 通过调用子线程 B 的 join() 方法实现），当子线程 B 完成后（主线程 A 中 join() 方法返回），主线程能够看到子线程的操作。所谓的“看到”，指的是对共享变量的操作。

以上是happens-before规则中常用到的规则。  
实际应用中的解决方案  
实际中更多地是用锁保护共享变量，来禁止CPU缓存，来解决可见性，切符合happens-before规则，释放锁对于获取锁是可见的。简单粗暴又好用。

# 解决有序性 #

通过volitale修饰变量，禁止jvm编译优化。  
volatile boolean v = false;  
notice:  
和volitale相对应的是final,final修饰变量就是告诉编译器，这个变量生儿不变，可劲优化。

# 解决原子性 #

禁止线程切换，通过互斥锁来实现，保证在CPU中同一时刻只有一个线程对共享变量进行操作。