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你的Java并发程序Bug,100%是这几个原因造成的

发布时间:2019-10-30 17:38 所属栏目:[建站] 来源:平头哥
导读:可见性问题 可见性是指一个线程对共享变量进行了修改,其他线程能够立马看到该共享变量更新后的值,这视乎是一个合情合理的要求,但是在多线程的情况下,可能就要让你失望了,由于每个 CPU 都有自己的缓存,每个线程使用的可能是不同的 CPU ,这就会出现数

你的Java并发程序Bug,100%是这几个原因造成的

 可见性问题

可见性是指一个线程对共享变量进行了修改,其他线程能够立马看到该共享变量更新后的值,这视乎是一个合情合理的要求,但是在多线程的情况下,可能就要让你失望了,由于每个 CPU 都有自己的缓存,每个线程使用的可能是不同的 CPU ,这就会出现数据可见性的问题,先来看看下面这张图:

你的Java并发程序Bug,100%是这几个原因造成的

CUP 缓存与主内存的关系

对于一个共享变量 count ,每个 CPU 缓存中都有一个 count 副本,每个线程对共享变量 count 的操作的只能操作自己所在 CPU 缓存中的副本,不能直接操作主存或者其他 CPU 缓存中的副本,这也就产生了数据差异。由于可见性在多线程情况下造成程序问题的典型案例就是变量的累加,如下面这段程序:

  1. public class Demo { 
  2.  
  3.     private int count = 0; 
  4.  
  5.     // 每个线程为count + 10000 
  6.     public void add() { 
  7.         for (int i = 0; i < 10000; i++) { 
  8.             count += 1; 
  9.         } 
  10.     } 
  11.  
  12.     public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
  13.  
  14.         for (int i = 0; i < 10; i++) { 
  15.             Demo demo = new Demo(); 
  16.             Thread t1 = new Thread(() -> { 
  17.                 demo.add(); 
  18.             }); 
  19.             Thread t2 = new Thread(() -> { 
  20.                 demo.add(); 
  21.             }); 
  22.             t1.start(); 
  23.             t2.start(); 
  24.             t1.join(); 
  25.             t2.join(); 
  26.             System.out.println(demo.count); 
  27.         } 
  28.     } 

我们使用了 2 个程序对 count 变量累加,每个线程累加 10000 次,按道理来说最终结果应该是 20000 次,但是你多次执行后,你会发现结果不一定是 20000 次,这就是由于共享变量的可见性造成的。

我们启动了两个线程 t1 和 t2,线程启动的时候会把当前主内存的 count 读入到自己的 CPU 缓存当中,这时候 count 的值可能是 0 也可能是 1 或者其他,我们就默认为 0,每个线程都会执行 count += 1 操作,这是一个并行操作,CPU1 和 CPU2 缓存中的 count 都是 1,然后他们分别将自己缓存中的count 写回到主内存中,这时候主内存中的 count 也是 1 ,并不是我们预计的 2,。这个原因就是数据可见性造成的。

原子性问题

原子性:即一个操作或者多个操作,要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断,要么就都不执行。这个原子性针对的是 CPU 级别的,并不是我们 Java 代码里面的原子性,拿我们可见性 Demo 程序中的 count += 1;命令为例,这一条 Java 命令最终会被编译成如下三条 CPU 指令:

  • 把变量 count 从内存加载到 CPU 的寄存器,假设 count = 1
  • 在寄存器中执行 count +1 操作,count = 1+1 =2
  • 将结果 +1 后的 count 写入内存

这是一个典型的 读-改-写 的操作,但是它不是原子性的,因为 多核CPU 之间有竞争关系,并不是某一个 CPU 一直执行,他们会不断的抢占执行权、释放执行权,所以上面三条指令就不一定是原子性的,下图是两个线程 count += 1命令的模拟流程:

你的Java并发程序Bug,100%是这几个原因造成的

非原子性操作

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