【并发编程八股】进程、线程、并发编程三大特性
目录
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- 进程与线程的概念？
- 串行、并行、并发的概念？
- 同步异步、阻塞非阻塞的概念？
- 线程的创建的方式？
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- 继承 Thread 类，重写 run 方法
- 实现Runnable接口，重写 run 方法
- 实现Callable，重写 call 方法，配合FutureTask
- 基于线程池构建线程
- 匿名内部类和 lambda表达式方式
- 总结： 追其底层，只有一种，实现 Runnble
-
- 线程的状态有哪几种，Java中线程的状态有哪几种？
- 线程的常用方法有哪些，具例子说明？
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- 获取当前线程
- 设置线程的名字
- 设置线程的优先级
- 设置线程的让步
- 设置线程的休眠
- 设置线程的强占
- 设置守护线程
- 设置线程的等待和唤醒
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- 线程的结束方式有哪些？
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- stop方法（不用）
- 使用共享变量（很少会用）
- interrupt方式
-
- wait 和 sleep 的区别？
- 并发编程的三大特性是什么？
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- 原子性
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- 原子性概念
- 保证并发编程的原子性
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- synchronized
- CAS
- Lock锁
- ThreadLocal
- 可见性
-
- 可见性概念
- 解决可见性的方式
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- volatile
- synchronized
- Lock
- final
- 有序性
-
- 有序性概念
- as-if-serial
- happens-before
- volatile
进程与线程的概念？
进程是指运行中的程序。 比如使用钉钉，浏览器，需要启动这个程序，操作系统会给这个程序分配一定的资源（占用内存资源）。线程是 CPU 调度的基本单位，每个线程执行的都是某一个进程的代码的某个片段。
串行、并行、并发的概念？
串行就是一个一个排队，第一个做完，第二个才能上。
并行就是同时处理。
这里的并发并不是三高中的高并发问题，这里是多线程中的并发概念（CPU调度线程的概念）。CPU在极短的时间内，反复切换执行不同的线程，看似好像是并行，但是只是CPU高速的切换。
并行囊括并发。
并行就是多核CPU同时调度多个线程，是真正的多个线程同时执行。
单核CPU无法实现并行效果，单核CPU是并发。
同步异步、阻塞非阻塞的概念？
同步与异步：执行某个功能后，被调用者是否会主动反馈信息。
阻塞和非阻塞：执行某个功能后，调用者是否需要一直等待结果的反馈。
两个概念看似相似，但是侧重点是完全不一样的。
同步阻塞：比如用锅烧水，水开后，不会主动通知你。烧水开始执行后，需要一直等待水烧开。
同步非阻塞：比如用锅烧水，水开后，不会主动通知你。烧水开始执行后，不需要一直等待水烧开，可以去执行其他功能，但是需要时不时的查看水开了没。
异步阻塞：比如用水壶烧水，水开后，会主动通知你水烧开了。烧水开始执行后，需要一直等待水烧开。
异步非阻塞：比如用水壶烧水，水开后，会主动通知你水烧开了。烧水开始执行后，不需要一直等待水烧开，可以去执行其他功能。
异步非阻塞这个效果是最好的，平时开发时，提升效率最好的方式就是采用异步非阻塞的方式处理一些多线程的任务。
线程的创建的方式？
继承 Thread 类，重写 run 方法
启动线程是调用 start 方法，这样会创建一个新的线程，并执行线程的任务。如果直接调用 run 方法，这样会让当前线程执行 run 方法中的业务逻辑。
class Thread implements Runnable {}
public class MiTest {
public static void main(String[] args) {
MyJob t1 = new MyJob();
t1.start();
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println("main:" + i);
}
}
}
class MyJob extends Thread{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println("MyJob:" + i);
}
}
}
实现Runnable接口，重写 run 方法
public class MiTest {
public static void main(String[] args) {
MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
Thread t1 = new Thread(myRunnable);
t1.start();
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
System.out.println("main:" + i);
}
}
}
class MyRunnable implements Runnable{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
System.out.println("MyRunnable:" + i);
}
}
}
实现Callable，重写 call 方法，配合FutureTask
Callable一般用于有返回结果的非阻塞的执行方法。同步非阻塞。
public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> {}
public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {}
public class MiTest {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
//1. 创建MyCallable
MyCallable myCallable = new MyCallable();
//2. 创建FutureTask，传入Callable
FutureTask futureTask = new FutureTask(myCallable);
//3. 创建Thread线程
Thread t1 = new Thread(futureTask);
//4. 启动线程
t1.start();
//5. 做一些操作
//6. 要结果
Object count = futureTask.get();
System.out.println("总和为：" + count);
}
}
class MyCallable implements Callable{
@Override
public Object call() throws Exception {
int count = 0;
for (int i = 0; i < 100; i++) {
count += i;
}
return count;
}
}
基于线程池构建线程
任务提交到线程池，线程池会创建一个工作线程去执行任务。
public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService {
...
private final class Worker
extends AbstractQueuedSynchronizer
implements Runnable
{
...
}
匿名内部类和 lambda表达式方式
// 匿名内部类方式：
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
System.out.println("匿名内部类:" + i);
}
}
});
// lambda方式：
Thread t2 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println("lambda:" + i);
}
});
总结： 追其底层，只有一种，实现 Runnble
线程的状态有哪几种，Java中线程的状态有哪几种？
操作系统层面：5中状态 （一般是针对传统的线程状态）
Java中的6种状态
-
NEW：Thread对象被创建出来了，但是还没有执行 start 方法。
-
RUNNABLE：Thread 对象调用了 start 方法，就为 RUNNABLE 状态（CPU调度/没有调度）。
-
BLOCKED：synchronized 没有拿到同步锁，被阻塞的情况。
-
WAITING：调用 wait 方法就会处于 WAITING 状态，需要被手动唤醒。
-
TIME_WAITING：调用 sleep 方法或者 join 方法，会被自动唤醒，无需手动唤醒。
-
TERMINATED：run方法执行完毕，线程生命周期到头了。
BLOCKED、WAITING、TIME_WAITING：都可以理解为是阻塞、等待状态，因为处在这三种状态下，CPU不会调度当前线程
Java中6种状态示例
//NEW：
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
});
System.out.println(t1.getState());
}
//RUNNABLE：
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
while(true){
}
});
t1.start();
Thread.sleep(500);
System.out.println(t1.getState());
}
//BLOCKED：
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Object obj = new Object();
Thread t1 = new Thread(() -> {
// t1线程拿不到锁资源，导致变为BLOCKED状态
synchronized (obj){
}
});
// main线程拿到obj的锁资源
synchronized (obj) {
t1.start();
Thread.sleep(500);
System.out.println(t1.getState());
}
}
//WAITING：
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Object obj = new Object();
Thread t1 = new Thread(() -> {
synchronized (obj){
try {
obj.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
t1.start();
Thread.sleep(500);
System.out.println(t1.getState());
}
//TIMED_WAITING：
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
t1.start();
Thread.sleep(500);
System.out.println(t1.getState());
}
//TERMINATED：
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
t1.start();
Thread.sleep(1000);
System.out.println(t1.getState());
}
线程的常用方法有哪些，具例子说明？
获取当前线程
Thread的静态方法获取当前线程对象
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
// 获取当前线程的方法
Thread main = Thread.currentThread();
System.out.println(main);
// "Thread[" + getName() + "," + getPriority() + "," + group.getName() + "]";
// Thread[main,5,main]
}
设置线程的名字
在构建Thread对象完毕后，一定要设置一个有意义的名称，方面后期排查错误
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
});
t1.setName("模块-功能-计数器");
t1.start();
}
设置线程的优先级
其实就是CPU调度线程的优先级，Java中给线程设置的优先级别有10个级别，从1~10任取一个整数。如果超出这个范围，会排除参数异常的错误。
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
System.out.println("t1:" + i);
}
});
Thread t2 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
System.out.println("t2:" + i);
}
});
t1.setPriority(1);
t2.setPriority(10);
t2.start();
t1.start();
}
设置线程的让步
可以通过Thread的静态方法yield，让当前线程从运行状态转变为就绪状态。
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if(i == 50){
Thread.yield();
}
System.out.println("t1:" + i);
}
});
Thread t2 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println("t2:" + i);
}
});
t2.start();
t1.start();
}
设置线程的休眠
Thread 的静态方法 sleep，让线程从运行状态转变为等待状态，sleep有两个方法重载：
- 第一个就是 native 修饰的，让线程转为等待状态的效果。
- 第二个是可以传入毫秒和一个纳秒的方法（如果纳秒值大于等于0.5毫秒，就给休眠的毫秒值+1。如果传入的毫秒值是0，纳秒值不为0，就休眠1毫秒）
// sleep 会抛出一个 InterruptedException
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
System.out.println(System.currentTimeMillis());
Thread.sleep(1000);
System.out.println(System.currentTimeMillis());
}
设置线程的强占
Thread的非静态方法 join 方法，需要在某一个线程下去调用这个方法。
如果在 main 线程中调用了 t1.join()，那么 main 线程会进入到等待状态，需要等待 t1 线程全部执行完毕，在恢复到就绪状态等待 CPU 调度。
如果在 main 线程中调用了 t1.join(2000)，那么 main 线程会进入到等待状态，需要等待 t1 执行 2s 后，在恢复到就绪状态等待CPU调度。如果在等待期间，t1 已经结束了，那么main 线程自动变为就绪状态等待CPU调度。
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("t1:" + i);
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
t1.start();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("main:" + i);
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
if (i == 1){
try {
t1.join(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
设置守护线程
默认情况下，线程都是非守护线程，JVM 会在程序中没有非守护线程时，结束掉当前JVM。
主线程默认是非守护线程，如果主线程执行结束，需要查看当前 JVM 内是否还有非守护线程，如果没有 JVM 直接停止。
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("t1:" + i);
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
t1.setDaemon(true);
t1.start();
}
设置线程的等待和唤醒
可以让获取 synchronized 锁资源的线程通过 wait 方法进去到锁的等待池，并且会释放锁资源。
可以让获取synchronized锁资源的线程，通过 notify 或者 notifyAll 方法，将等待池中的线程唤醒，添加到锁池中。
notify 随机的唤醒等待池中的一个线程到锁池。
notifyAll 将等待池中的全部线程都唤醒，并且添加到锁池。
在调用 wait 方法和 notify 以及 norifyAll 方法时，必须在 synchronized 修饰的代码块或者方法内部才可以，因为要操作基于某个对象的锁的信息维护。
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
sync();
},"t1");
Thread t2 = new Thread(() -> {
sync();
},"t2");
t1.start();
t2.start();
Thread.sleep(12000);
synchronized (MiTest.class) {
MiTest.class.notifyAll();
}
}
public static synchronized void sync() {
try {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
if(i == 5) {
MiTest.class.wait();
}
Thread.sleep(1000);
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
线程的结束方式有哪些？
线程结束方式很多，最常用就是让线程的 run 方法结束，无论是 return 结束，还是抛出异常结束，都可以。
stop方法（不用）
强制让线程结束，无论你在干嘛，不推荐使用
@Deprecated
public final void stop() {...}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
try {
Thread.sleep(5000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
t1.start();
Thread.sleep(500);
t1.stop();
System.out.println(t1.getState());
}
使用共享变量（很少会用）
这种方式用的也不多，有的线程可能会通过死循环来保证一直运行。
可以通过修改共享变量在破坏死循环，让线程退出循环，结束 run 方法
static volatile boolean flag = true;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
while(flag){
// 处理任务
}
System.out.println("任务结束");
});
t1.start();
Thread.sleep(500);
flag = false;
}
interrupt方式
在线程内部默认情况下，有一个中断标记位 interrupt 标记位：false
共享变量方式
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 线程默认情况下， interrupt标记位：false
System.out.println(Thread.currentThread().isInterrupted());
// 执行interrupt之后，再次查看打断信息
Thread.currentThread().interrupt();
// interrupt标记位：ture
System.out.println(Thread.currentThread().isInterrupted());
// 返回当前线程，并归位为 false，interrupt标记位：ture
System.out.println(Thread.interrupted());
// 已经归位了
System.out.println(Thread.interrupted());
// =====================================================
Thread t1 = new Thread(() -> {
while(!Thread.currentThread().isInterrupted()){
// 处理业务
}
System.out.println("t1结束");
});
t1.start();
Thread.sleep(500);
t1.interrupt();
}
通过打断 WAITING 或者 TIMED_WAITING 状态的线程，从而抛出异常自行处理
这种停止线程方式是最常用的一种，在框架和 JUC 中也是最常见的。
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
while(true){
// 获取任务
// 拿到任务，执行任务
// 没有任务了，让线程休眠
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
System.out.println("基于打断形式结束当前线程");
return;
}
}
});
t1.start();
Thread.sleep(500);
t1.interrupt();
}
wait 和 sleep 的区别？
- sleep 属于 Thread 类中的 static 方法、wait 属于 Object 类的方法。
- sleep 属于 TIMED_WAITING，自动被唤醒、wait 属于 WAITING，需要手动唤醒。
- sleep 方法在持有锁时，执行，不会释放锁资源、wait 在执行后，会释放锁资源。
- sleep 可以在持有锁或者不持有锁时，执行。 wait 方法必须在只有锁时才可以执行。
wait 方法会将持有锁的线程从 _owner 扔到 _WaitSet 集合中，这个操作是在修改ObjectMonitor 对象，如果没有持有 synchronized 锁的话，是无法操作 ObjectMonitor 对象的。
并发编程的三大特性是什么？
- 原子性
- 可见性
- 有序性
原子性
原子性概念
JMM（Java Memory Model）。不同的硬件和不同的操作系统在内存上的操作有一定差异的。Java 为了解决相同代码在不同操作系统上出现的各种问题，用 JMM 屏蔽掉各种硬件和操作系统带来的差异。
让 Java 的并发编程可以做到跨平台。
JMM 规定所有变量都会存储在主内存中，在操作的时候，需要从主内存中复制一份到线程内存（CPU内存），在线程内部做计算。然后再写回主内存中（不一定！）。
原子性的定义：原子性指一个操作是不可分割的，不可中断的，一个线程在执行时，另一个线程不会影响到他。
并发编程的原子性用代码阐述：
private static int count;
public static void increment(){
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
count++;
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
increment();
}
});
Thread t2 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
increment();
}
});
t1.start();
t2.start();
t1.join();
t2.join();
System.out.println(count);
}
当前程序：多线程操作共享数据时，预期的结果，与最终的结果不符。
原子性：多线程操作临界资源，预期的结果与最终结果一致。
通过对这个程序的分析，可以查看出，++的操作，一共分为了三部，首先是线程从主内存拿到数据保存到CPU的寄存器中，然后在寄存器中进行+1操作，最终将结果写回到主内存当中。
保证并发编程的原子性
synchronized
因为++操作可以从指令中查看到
可以在方法上追加synchronized关键字或者采用同步代码块的形式来保证原子性
synchronized可以让避免多线程同时操作临街资源，同一时间点，只会有一个线程正在操作临界资源
CAS
到底什么是CAS
compare and swap也就是比较和交换，他是一条CPU的并发原语。
他在替换内存的某个位置的值时，首先查看内存中的值与预期值是否一致，如果一致，执行替换操作。这个操作是一个原子性操作。
Java中基于Unsafe的类提供了对CAS的操作的方法，JVM会帮助我们将方法实现CAS汇编指令。
但是要清楚CAS只是比较和交换，在获取原值的这个操作上，需要你自己实现。
private static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
count.incrementAndGet();
}
});
Thread t2 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
count.incrementAndGet();
}
});
t1.start();
t2.start();
t1.join();
t2.join();
System.out.println(count);
}
Doug Lea在CAS的基础上帮助我们实现了一些原子类，其中就包括现在看到的AtomicInteger，还有其他很多原子类……
CAS的缺点：CAS只能保证对一个变量的操作是原子性的，无法实现对多行代码实现原子性。
CAS的问题：
- ABA问题：问题如下，可以引入版本号的方式，来解决ABA的问题。Java中提供了一个类在CAS时，针对各个版本追加版本号的操作。 AtomicStampeReference
- AtomicStampedReference在CAS时，不但会判断原值，还会比较版本信息。
-
public static void main(String[] args) { AtomicStampedReference<String> reference = new AtomicStampedReference<>("AAA",1); String oldValue = reference.getReference(); int oldVersion = reference.getStamp(); boolean b = reference.compareAndSet(oldValue, "B", oldVersion, oldVersion + 1); System.out.println("修改1版本的：" + b); boolean c = reference.compareAndSet("B", "C", 1, 1 + 1); System.out.println("修改2版本的：" + c); } - 自旋时间过长问题：
- 可以指定CAS一共循环多少次，如果超过这个次数，直接失败/或者挂起线程。（自旋锁、自适应自旋锁）
- 可以在CAS一次失败后，将这个操作暂存起来，后面需要获取结果时，将暂存的操作全部执行，再返回最后的结果。
Lock锁
Lock锁是在JDK1.5由Doug Lea研发的，他的性能相比synchronized在JDK1.5的时期，性能好了很多多，但是在JDK1.6对synchronized优化之后，性能相差不大，但是如果涉及并发比较多时，推荐ReentrantLock锁，性能会更好。
实现方式：
private static int count;
private static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
public static void increment() {
lock.lock();
try {
count++;
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
} finally {
lock.unlock();
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
increment();
}
});
Thread t2 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
increment();
}
});
t1.start();
t2.start();
t1.join();
t2.join();
System.out.println(count);
}
ReentrantLock可以直接对比synchronized，在功能上来说，都是锁。
但是ReentrantLock的功能性相比synchronized更丰富。
ReentrantLock底层是基于AQS实现的，有一个基于CAS维护的state变量来实现锁的操作。
ThreadLocal
Java中的四种引用类型
Java中的使用引用类型分别是强，软，弱，虚。
User user = new User（）；
在 Java 中最常见的就是强引用，把一个对象赋给一个引用变量，这个引用变量就是一个强引用。当一个对象被强引用变量引用时，它始终处于可达状态，它是不可能被垃圾回收机制回收的，即使该对象以后永远都不会被用到 JVM 也不会回收。因此强引用是造成 Java 内存泄漏的主要原因之一。
SoftReference
其次是软引用，对于只有软引用的对象来说，当系统内存足够时它不会被回收，当系统内存空间不足时它会被回收。软引用通常用在对内存敏感的程序中，作为缓存使用。
然后是弱引用，它比软引用的生存期更短，对于只有弱引用的对象来说，只要垃圾回收机制一运行，不管 JVM 的内存空间是否足够，总会回收该对象占用的内存。可以解决内存泄漏问题，ThreadLocal就是基于弱引用解决内存泄漏的问题。
最后是虚引用，它不能单独使用，必须和引用队列联合使用。虚引用的主要作用是跟踪对象被垃圾回收的状态。不过在开发中，我们用的更多的还是强引用。
ThreadLocal保证原子性的方式，是不让多线程去操作临界资源，让每个线程去操作属于自己的数据
代码实现
static ThreadLocal tl1 = new ThreadLocal();
static ThreadLocal tl2 = new ThreadLocal();
public static void main(String[] args) {
tl1.set("123");
tl2.set("456");
Thread t1 = new Thread(() -> {
System.out.println("t1:" + tl1.get());
System.out.println("t1:" + tl2.get());
});
t1.start();
System.out.println("main:" + tl1.get());
System.out.println("main:" + tl2.get());
}
ThreadLocal实现原理：
- 每个Thread中都存储着一个成员变量，ThreadLocalMap
- ThreadLocal本身不存储数据，像是一个工具类，基于ThreadLocal去操作ThreadLocalMap
- ThreadLocalMap本身就是基于Entry[]实现的，因为一个线程可以绑定多个ThreadLocal，这样一来，可能需要存储多个数据，所以采用Entry[]的形式实现。
- 每一个现有都自己独立的ThreadLocalMap，再基于ThreadLocal对象本身作为key，对value进行存取
- ThreadLocalMap的key是一个弱引用，弱引用的特点是，即便有弱引用，在GC时，也必须被回收。这里是为了在ThreadLocal对象失去引用后，如果key的引用是强引用，会导致ThreadLocal对象无法被回收
ThreadLocal内存泄漏问题：
- 如果ThreadLocal引用丢失，key因为弱引用会被GC回收掉，如果同时线程还没有被回收，就会导致内存泄漏，内存中的value无法被回收，同时也无法被获取到。
- 只需要在使用完毕ThreadLocal对象之后，及时的调用remove方法，移除Entry即可
可见性
可见性概念
可见性问题是基于CPU位置出现的，CPU处理速度非常快，相对CPU来说，去主内存获取数据这个事情太慢了，CPU就提供了L1，L2，L3的三级缓存，每次去主内存拿完数据后，就会存储到CPU的三级缓存，每次去三级缓存拿数据，效率肯定会提升。
这就带来了问题，现在CPU都是多核，每个线程的工作内存（CPU三级缓存）都是独立的，会告知每个线程中做修改时，只改自己的工作内存，没有及时的同步到主内存，导致数据不一致问题。
可见性问题的代码逻辑
private static boolean flag = true;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
while (flag) {
// ....
}
System.out.println("t1线程结束");
});
t1.start();
Thread.sleep(10);
flag = false;
System.out.println("主线程将flag改为false");
}
解决可见性的方式
volatile
volatile是一个关键字，用来修饰成员变量。
如果属性被volatile修饰，相当于会告诉CPU，对当前属性的操作，不允许使用CPU的缓存，必须去和主内存操作
volatile的内存语义：
- volatile属性被写：当写一个volatile变量，JMM会将当前线程对应的CPU缓存及时的刷新到主内存中
- volatile属性被读：当读一个volatile变量，JMM会将对应的CPU缓存中的内存设置为无效，必须去主内存中重新读取共享变量
其实加了volatile就是告知CPU，对当前属性的读写操作，不允许使用CPU缓存，加了volatile修饰的属性，会在转为汇编之后后，追加一个lock的前缀，CPU执行这个指令时，如果带有lock前缀会做两个事情：
- 将当前处理器缓存行的数据写回到主内存
- 这个写回的数据，在其他的CPU内核的缓存中，直接无效。
总结：volatile就是让CPU每次操作这个数据时，必须立即同步到主内存，以及从主内存读取数据。
private volatile static boolean flag = true;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
while (flag) {
// ....
}
System.out.println("t1线程结束");
});
t1.start();
Thread.sleep(10);
flag = false;
System.out.println("主线程将flag改为false");
}
synchronized
synchronized也是可以解决可见性问题的，synchronized的内存语义。
如果涉及到了synchronized的同步代码块或者是同步方法，获取锁资源之后，将内部涉及到的变量从CPU缓存中移除，必须去主内存中重新拿数据，而且在释放锁之后，会立即将CPU缓存中的数据同步到主内存。
private static boolean flag = true;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
while (flag) {
synchronized (MiTest.class){
//...
}
System.out.println(111);
}
System.out.println("t1线程结束");
});
t1.start();
Thread.sleep(10);
flag = false;
System.out.println("主线程将flag改为false");
}
Lock
Lock锁保证可见性的方式和synchronized完全不同，synchronized基于他的内存语义，在获取锁和释放锁时，对CPU缓存做一个同步到主内存的操作。
Lock锁是基于volatile实现的。Lock锁内部再进行加锁和释放锁时，会对一个由volatile修饰的state属性进行加减操作。
如果对volatile修饰的属性进行写操作，CPU会执行带有lock前缀的指令，CPU会将修改的数据，从CPU缓存立即同步到主内存，同时也会将其他的属性也立即同步到主内存中。还会将其他CPU缓存行中的这个数据设置为无效，必须重新从主内存中拉取。
private static boolean flag = true;
private static Lock lock = new ReentrantLock();
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
while (flag) {
lock.lock();
try{
//...
}finally {
lock.unlock();
}
}
System.out.println("t1线程结束");
});
t1.start();
Thread.sleep(10);
flag = false;
System.out.println("主线程将flag改为false");
}
final
final修饰的属性，在运行期间是不允许修改的，这样一来，就间接的保证了可见性，所有多线程读取final属性，值肯定是一样。
final并不是说每次取数据从主内存读取，他没有这个必要，而且final和volatile是不允许同时修饰一个属性的
final修饰的内容已经不允许再次被写了，而volatile是保证每次读写数据去主内存读取，并且volatile会影响一定的性能，就不需要同时修饰。
有序性
有序性概念
在Java中，.java文件中的内容会被编译，在执行前需要再次转为CPU可以识别的指令，CPU在执行这些指令时，为了提升执行效率，在不影响最终结果的前提下（满足一些要求），会对指令进行重排。
指令乱序执行的原因，是为了尽可能的发挥CPU的性能。
Java中的程序是乱序执行的。
Java程序验证乱序执行效果：
static int a,b,x,y;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
for (int i = 0; i < Integer.MAX_VALUE; i++) {
a = 0;
b = 0;
x = 0;
y = 0;
Thread t1 = new Thread(() -> {
a = 1;
x = b;
});
Thread t2 = new Thread(() -> {
b = 1;
y = a;
});
t1.start();
t2.start();
t1.join();
t2.join();
if(x == 0 && y == 0){
System.out.println("第" + i + "次，x = "+ x + ",y = " + y);
}
}
}
单例模式由于指令重排序可能会出现问题：
线程可能会拿到没有初始化的对象，导致在使用时，可能由于内部属性为默认值，导致出现一些不必要的问题
private static volatile MiTest test;
private MiTest(){}
public static MiTest getInstance(){
// B
if(test == null){
synchronized (MiTest.class){
if(test == null){
// A , 开辟空间，test指向地址，初始化
test = new MiTest();
}
}
}
return test;
}
as-if-serial
as-if-serial语义：
不论指定如何重排序，需要保证单线程的程序执行结果是不变的。
而且如果存在依赖的关系，那么也不可以做指令重排。
// 这种情况肯定不能做指令重排序
int i = 0;
i++;
// 这种情况肯定不能做指令重排序
int j = 200;
j * 100;
j + 100;
// 这里即便出现了指令重排，也不可以影响最终的结果，20100
happens-before
具体规则：
1. 单线程happen-before原则：在同一个线程中，书写在前面的操作happen-before后面的操作。
2. 锁的happen-before原则：同一个锁的unlock操作happen-before此锁的lock操作。
3. volatile的happen-before原则： 对一个volatile变量的写操作happen-before对此变量的任意操作。
4. happen-before的传递性原则： 如果A操作 happen-before B操作，B操作happen-before C操作，那么A操作happen-before C操作。
5. 线程启动的happen-before原则：同一个线程的start方法happen-before此线程的其它方法。
6. 线程中断的happen-before原则：对线程interrupt方法的调用happen-before被中断线程的检测到中断发送的代码。
7. 线程终结的happen-before原则：线程中的所有操作都happen-before线程的终止检测。
8. 对象创建的happen-before原则：一个对象的初始化完成先于他的finalize方法调用。
JMM只有在不出现上述8中情况时，才不会触发指令重排效果。
不需要过分的关注happens-before原则，只需要可以写出线程安全的代码就可以了。
volatile
如果需要让程序对某一个属性的操作不出现指令重排，除了满足happens-before原则之外，还可以基于volatile修饰属性，从而对这个属性的操作，就不会出现指令重排的问题了。
volatile如何实现的禁止指令重排？
内存屏障概念。将内存屏障看成一条指令。
会在两个操作之间，添加上一道指令，这个指令就可以避免上下执行的其他指令进行重排序。