news 2026/1/31 7:13:07

JAVA进阶之线程

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张小明

前端开发工程师

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JAVA进阶之线程

为神马有线程?这玩意儿在干嘛???

回答这个问题,就先要知道一点点计算机的工作方式。

总所周知,计算机有五部分:输入输出、计算器、存储器、控制器。而在计算机内,CPU、内存、I/O之间的运行速度差别十分巨大,因此,为了使这几部分速度平衡、使计算机整体协调起来、提升性能,计算机分别在软硬件上做了努力:

CPU增加缓存,以调节与内存的速度差异(可见性);操作系统增加进程、线程,分时使用CPU(原子性);编译器优化了程序的执行次序指令,使得缓存能够更加合理使用(时序性)

由此可见,多线程实际上是在更有效地利用CPU的资源、使得程序运行更流畅

线程不安全示例

import java.util.concurrent.CountDownLatch; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; public class ThreadUnsafeExample { /** * 线程不安全的实例 * **/ private int cnt = 0; public void add() { cnt++; } public int get() { return cnt; } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { final int threadSize = 1000; ThreadUnsafeExample example = new ThreadUnsafeExample(); final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(threadSize); ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool(); for (int i = 0; i < threadSize; i++) { executorService.execute(() -> { example.add(); countDownLatch.countDown(); }); } countDownLatch.await(); executorService.shutdown(); System.out.println(example.get()); } }

可见,以上几次的运行结果都不相同,这是由于几个线程对共享数据进行操作时是不同步的

继续深入问:以上问题(并发出现问题)的根源是什莫?

****引出一些概念:**并行与并发不是同一个意思

并行是说进程在同时运行(多在单核CPU环境下)、并发是指一次只进行一个进程

**再引出一些概念:进程、线程、协程间的区别

进程:某个程序对于某个数据集合的一次活动,是操作系统进行资源分配、调度的最小单位,每个进程有自己独立的内存空间,不同的进程间会进行通信

线程:进程的实体,比进程“更小”CPU进行分配的最小单位,其本身不占有系统资源,但和同属于一个进程的其他线程共享进程的资源

协程:

更小,一种用户态的轻量级线程

进程多与线程比较(搜)

线程是指进程内的一个执行单元,也是进程内的可调度实体。线程与进程的区别:

  1. 地址空间:线程是进程内的一个执行单元,进程内至少有一个线程,它们共享进程的地址空间,而进程有自己独立的地址空间
  2. 资源拥有:进程是资源分配和拥有的单位,同一个进程内的线程共享进程的资源
  3. 线程是处理器调度的基本单位,但进程不是
  4. 二者均可并发执行

5)每个独立的线程有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序的出口,但是线程不能够独立执行,必须依存在应用程序中,由应用程序提供多个线程执行控制

2、协程多与线程进行比较

  1. 一个线程可以有多个协程,一个进程也可以单独拥有多个协程,

  2. 线程进程都是同步机制,而协程则是异步

3)协程能保留上一次调用时的状态,每次过程重入时,就相当于进入上一次调用的状态

回到刚才的问题上: 并发问题的根源

1.可见性

当一个线程对共享变量进行修改,另一个线程应该立刻看到

//线程1执行的代码 int i = 0; i = 10; //线程2执行的代码 j = i; 在这个例子中,加入CPU1执行线程1,CPU2执行线程2, 当线程1执行 i =10这句时,会先把i的初始值加载到CPU1的高速缓存中, 然后赋值为10,那么在CPU1的高速缓存当中i的值变为10了,却没有立即写入到主存当中。 此时线程2执行 j = i,它会先去主存读取i的值并加载到CPU2的缓存当中, 注意此时内存当中i的值还是0,那么就会使得j的值为0,而不是10. 这就是可见性问题,线程1对变量i修改了之后,线程2没有立即看到线程1修改的值。

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。

经典的转账问题:比如从账户A向账户B转1000元,那么必然包括2个操作:从账户A减去1000元,往账户B加上1000元。

试想一下,如果这2个操作不具备原子性,会造成什么样的后果。假如从账户A减去1000元之后,操作突然中止。然后又从B取出了500元,取出500元之后,再执行 往账户B加上1000元 的操作。这样就会导致账户A虽然减去了1000元,但是账户B没有收到这个转过来的1000元。

所以这2个操作必须要具备原子性才能保证不出现一些意外的问题。

有序性:

有序性:即程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。举个简单的例子,看下面这段代码:

int i = 0; boolean flag = false; i = 1; //语句1 flag = true; //语句2

上面代码定义了一个int型变量,定义了一个boolean类型变量,然后分别对两个变量进行赋值操作。从代码顺序上看,语句1是在语句2前面的,那么JVM在真正执行这段代码的时候会保证语句1一定会在语句2前面执行吗 不一定,为什么呢 这里可能会发生指令重排序(Instruction Reorder)。

在执行程序时为了提高性能,编译器和处理器常常会对指令做重排序。重排序分三种类型:

  • 编译器优化的重排序。编译器在不改变单线程程序语义的前提下,可以重新安排语句的执行顺序。
  • 指令级并行的重排序。现代处理器采用了指令级并行技术(Instruction-Level Parallelism, ILP)来将多条指令重叠执行。如果不存在数据依赖性,处理器可以改变语句对应机器指令的执行顺序。
  • 内存系统的重排序。由于处理器使用缓存和读 / 写缓冲区,这使得加载和存储操作看上去可能是在乱序执行。

从 java 源代码到最终实际执行的指令序列,会分别经历下面三种重排序:

上述的 1 属于编译器重排序,2 和 3 属于处理器重排序。这些重排序都可能会导致多线程程序出现内存可见性问题。对于编译器,JMM 的编译器重排序规则会禁止特定类型的编译器重排序(不是所有的编译器重排序都要禁止)。对于处理器重排序,JMM 的处理器重排序规则会要求 java 编译器在生成指令序列时,插入特定类型的内存屏障(memory barriers,intel 称之为 memory fence)指令,通过内存屏障指令来禁止特定类型的处理器重排序(不是所有的处理器重排序都要禁止)。

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