多线程的使用--＞5：并发编程的特性

目录

1.并发编程特性：

2.并发编程的特性之一：原子性

3.并发编程的特性之一：可见性

3.1 JVM内存模型

3.2JMM（Java 内存 模型）

4.并发编程的特性之一：有序性

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1.并发编程特性：

• 多线程是一种程序开发或设计环境

• 并发编程是一种程序设计概念或设计目标，在多线程开发环境中，同一系列的程序设计与机制的使用，确保多线程开发环境是稳定的，快速的，性能优秀的。

• 并发编程具有3个特征

  • 原子性

  • 可见性

  • 有序性

• 在多线程开发时，如果程序设计不是特别的完美，有可能会出现原子性问题，可见性问题，有序性问题

• 我们就会尽可能的解决上述问题，使得我们的程序具有原子性，可见性，有序性。 这样的程序开发就成为并发编程。

2.并发编程的特性之一：原子性

• 一系列操作或一些列代码指令属于一个独立的单元

• 在一个线程执行过程中，不受到另一个线程的影响

• 我们就称之为复合原子性。否则就是不符合原子性。

• 所以原子性的特点就是：一系列指令要么全都执行完毕，要么全都不执行。

• 原子性问题如何解决？上锁

  • 悲观锁 ： synchronized ， lock

  • 乐观锁：CAS + 自旋 。 AtomicInteger

3.并发编程的特性之一：可见性

要想了解可见性，需要先了解 JMM （JAVA 内存 模型） ， 需要再先回忆JVM内存模型(运行时数据区)

3.1 JVM内存模型

• jvm在运行过程中，会产生很多的数据（对象，属性，变量等），这些数据都会存储在jvm内存中随着作用及特点不同，会存储在不同的区域

• 这个区域分为5部分

  1. 方法区

     用来存放类加载的信息，同时存放静态属性 和 方法（静态方法和普通方法）

     jdk1.7之后，取消了方法区名称，改为元空间

     方法区也叫元空间也叫永久区

     方法区中的数据，可以被多线程共享。访问时会有数据共享的安全问题

  2. 堆区

     用来存放对象或数组的 , 也就是用来存放new关键字创建的内容

     堆区中的数据，可以被多线程共享。访问时会有数据共享的安全问题

  3. 方法栈

     用来存放调用方法及方法执行的过程中产生的临时数据的（临时变量，参数列表）

     这些数据是以栈帧结构存入方法栈（压栈）

     随着方法执行完毕，这些数据就会被销毁回收（弹栈）

     栈帧分为：局部变量表， 操作数栈，返回地址，动态链接。

     方法栈是线程独享的，也就是每一个线程都会有一个方法栈。

  4. 程序计数器

     在线程上下文切换时，用来记录刚刚执行的行号

     程序计数器也是线程独享的。

  5. 本地方法栈

     特点与方法栈基本相同

     不同点时，当调用native修饰的方法时，其产生的数据会存储在本地方法栈中。

3.2JMM（Java 内存 模型）

• JMM不是一个具体的内容，也不是对内存的一个划分，JMM是一个规则规范

• JVM开发人员，按照这个规范，来开发JVM，使其在多线程应用中复合JMM规范

• JVM使用人员，按照这个规范，来使用JVM，使得可以更好的实现多线程开发。

• JMM规范

  1. 所有的共享数据，存储在一个主内存中

  2. 每一个线程都有自己的工作内存

  3. 当线程需要使用共享数据时，不能主内存中直接操作

     而是要先从主内存备份到工作内存

     在工作内存中对数据进行修改

     再将工作内存中的数据，更新回主内存。

  4. 每个线程的工作内存彼此之间是不可见的。

• 基于JMM规范的特点，如果我们在多线程访问共享资源时，不加以设计，有可能出现数据不可见问题

• 所以我们需要解决多线程（工作内存中共享）数据（备份）不可见问题

• 如何解决可见性问题？

  • 加锁 ，每次加锁前，都会从主内存备份数据，每次释放锁时，都会向主内存更新数据。

    System.out.println方法底层使用synchronized关键字加了锁

  • 线程睡眠，每次睡醒都会去主内存重新加载数据

  • 将需要可见的变量，使用volatile关键字修饰 （轻量级同步机制）

    线程每次要获得volatile关键字修饰的变量值时，都会从主内存加载新数据

    线程每次为volatile关键字修饰的变量赋值时，都会将新值跟新会主内存。

4.并发编程的特性之一：有序性

• 在编译和运行过程中，有可能为了优化编译和运行过程，会调整代部分码指令的顺序。

• 使得在单线程环境中，最终的执行结果不变，称之为 指令重排序

• 在多线程的环境中，可能就会存在一些问题，称为有序性问题。

• 如何解决有序性问题？

  • 有序性问题会涉及一个 happen-before原则

  • 只要复合上述原则的程序代码，就不会出现有序性问题 （代表不会出现指令重排序）

    • 加锁可以避免指令重排序

    • 使用volatile关键字修饰属性，在使用该属性时（赋值，取值）。该属性上面和下面的代码不会重排序

      volatile修饰的属性，在jvm执行时，会增加内存屏障