【面试题精选】并发编程中可能存在的问题

野性酷女 2022-03-08 00:50 202阅读 0赞

## 并发编程中存在的问题 ##

在并发编程中，我们常常会遇到如下三个问题：

1.  原子性问题
2.  可见性问题
3.  有序性问题

下面让我们先来了解一下这三个问题的基本概念。

**1、原子性：** 一个操作或者一组操作（即一段代码）要么全部执行，并且执行过程中不会被其他因素打断，要么全部不执行。

原子性的问题我们在MySQL的事务的四大特性里提到过，这里的概念跟MySQL的几乎相同。既然如此，我们就还拿常用的银行转账的实例来说明原子性的问题。  
假如A有500元，B有500元，A要向B转账200元，该怎么做呢？当然要分成两步：  
（1）从A的账户上扣除200元  
（2）在B的账户上增加200元  
但是如果A转完帐之后银行系统出现了故障，B的账户上并没有收到钱，即A的账户扣除了钱，B的账户却没有多钱。此时就出现了原子性的问题。

**2、可见性：** 即一个线程修修改了某个共享变量的值，那么其他线程应当能立即看到此变量被修改后的值。

举个例子，看如下代码：

// 线程1的执行体
    int i = 1;
    i = 2;
    
    // 线程2的执行体
    int j = i;

两个线程如果同时在不同的CPU上执行，假设线程1在CPU1上执行，线程2在CUP2上执行。因为线程是并发的，当线程1执行完语句2时，CPU1将i的值加载到高速缓存中，赋值完毕再放入高速缓存中，此时变量i的值并没有立即写入主存，即 i 的值还未改变。此时线程2执行，CPU2先读取 i 的值放入高速缓冲区，此时因为线程1的修改还未写入主存，所以变量 i 的值并未变为2，而是赋值前的1，因此此时的 j = 1。

这就是我们所说的可见性问题了，线程1修改的值没有立即让线程2看到，导致出现程序问题。

**3、有序性：** 即程序按照代码的先后顺序执行。

同样举个例子来说明：

int a = 1;
    boolean isGood = ture;
    a = 3; // 代码1
    isGood = false; // 代码2

从语句上看，代码1是在代码2之前的，但是实际执行的时候，代码1一定在代码2之后么？不一定，这里会发生指令重排序。处理器为了提高程序执行的效率从而对执行语句进行优化，即不保证指令执行顺序和代码顺序相同，但是重排序有一个前提，那就是重排序后程序的运行结果要和原程序（即未进行重排序）的执行结果相同，保证程序的正确性。再看如下代码：

int a = 1;   // 语句1
    int b = 5; // 语句2
    b = a + 1; // 语句3
    a = a + 1; // 语句4

如果JVM虚拟机对如上代码进行重排列，那么代码顺序可能的是：语句2→语句1→语句3→语句4  
那有的同学可能要问了，顺序 语句2→语句1→语句4→语句3 不可以么？当然不可以，因为它违背了JVM重排序的前提。  
处理机在进行指令重排序的时候要考虑到指令之间的依赖关系，如果指令1需要用到指令2的结果，那么指令2一定在指令1之前执行。

以上是单线程的情况，多线程会如何呢？看如下例子：

// 全局变量Student
    
    //线程1
    student = Student.init();  // 对Student对象进行初始化  语句1
    flag = true; // 语句2
    
    //线程2
    while(flag){
    	sleep();
    }
    addStudent(student);

线程1中的两行代码并没有依赖关系，因此他们可能会被重排列。如果 先修改flag的值为 ture 而 student 并未初始化时（语句2先执行完毕，语句1还未执行），线程2启动，则不会阻塞而直接调用 addStudent(student) 方法，但此时的 student 为空，这就导致程序出现了问题。

由此我们可以的出结论，指令重排序不会影响单个线程的执行正确性，但会影响到并发线程运行的正确性。

综上所述，我们必须同时保证程序的原子性，可见性和有序性才能保证并发程序的正确性，三者若有一个保证不了，那么程序就有可能出现错误。