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Java 多线程 volitile 和 atomic

时间:2019-04-05 20:07:59      阅读:200      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:imp   except   冲突   expec   boolean   edr   unit   val   期望   

Java 多线程 volitile 和 atomic

volitile关键字

public class MTester {
    public static class TestKey{
        int x = 0;
    }
    public static TestKey key0 = new TestKey();
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(()->{
            while (key0.x == 0){
            }
            System.out.println("key0"+key0.x);
        });
        Thread thread1 = new Thread(()->{
            try {
                Thread.sleep(1000);
                key0.x=1;
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }finally {
                System.out.println("over");
            }
        });
        thread.start();
        thread1.start();
    }
}

尝试运行以上代码,发现thread永远也无法发现key0的x被改变

技术图片

所以这个时候需要加上volitile关键字

技术图片

具体原因是java中每个线程都有工作内存,以及主存

我的理解就是不加volitile,线程读写变量是先在自己的工作内存中处理,然后再写回主存,但是有的线程处理的是工作内存,但是并没有从主存里面读取,加上volitile关键字之后,会通知其他线程,让他们强制从主存中读取数据

https://www.cnblogs.com/zhengbin/p/5654805.html

volatile还有一个特性:禁止指令重排序优化。

可以见这个文章

https://www.cnblogs.com/chengxiao/p/6528109.html

但是volitile只能保证可见性,不能保证原子性,也就是说如果多线程操作 i++还是无法保证正确

ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
for (int i = 0;i<10;i++){
    service.submit(()->{
        for (int j = 0;j <10;j++){
            key0.x++;
            System.out.println(key0.x);
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    });
}
service.awaitTermination(10, TimeUnit.SECONDS);
System.out.println(key0.x);

技术图片

还是无法保证原子性

这个时候可以考虑使用 java.util.concurrent.atomic;中的类

这些类里面的类大部分都是使用CAS算法进行操作的

CAS compare and set

public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
    return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
}

这个 unsafe是unsafe类,里面的方法都是native方法

CAS其实就是期望的值进行比较,如果不相等,就证明有其他线程更改过了,然后不执行操作然后返回失败,CAS看起来很麻烦,但是却可以映射一些CPU指令,实际上执行起来还是很快的(参考java核心技术)

unsafe里面的方法大部分都是native方法

技术图片

比如说我们想要对AtomicInteger执行一个 increase操作,就先比较自己跟期望的值,如果不等,那就在下次循环接着尝试更改,直到更改成功

//AtomicInteger.java
public final int getAndIncrement() {
    return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);
}
//Unsafe.class
public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
    int var5;
    do {
        var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
    } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));

    return var5;
}

不过这种不断尝试比较,对CPU开销还是比较大,不过相对于synchronized来说更轻量级,因为synchronized需要不断尝试获取锁释放锁,而且只能独占

在并发量不是特别大的情况下,效率相对于synchronized还是很高的,当自选严重冲突的时候synchronized还是效率更高一些

CAS 算法属于自旋

不过CAS算法也有其他的缺点,常见的就是ABA问题

举个例子

线程1:从内存位置 1 取回A

线程2:从内存位置 1取到 A

线程2:做了一些操作

线程2:从内存位置 1 写入A

线程1:发现位置1还是A CAS成功但是却不知道线程2做了什么操作,可能引发一些后果

解决办法

AtomicStampedReference

可以用一个timestamp 或者mask来判断是否有其他操作

自旋锁的简单实现:

思路:每次只有一个线程进入临界区

import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;

public class MSpinLock {
    AtomicReference<Thread> reference = new AtomicReference<>();
    public void lock(){
        do {

        }while (!this.reference.compareAndSet(null,Thread.currentThread()));
    }
    public void unlock(){
        do {

        }while (!this.reference.compareAndSet(Thread.currentThread(),null));
    }

    public static void main(String[] args) {
        MSpinLock lock = new MSpinLock();
        Thread thread = new Thread(()->{
            while (true){
                try{
                    lock.lock();
                    System.out.println("thread had lock");
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    System.out.println("thread will unlock");
                    lock.unlock();
                }
            }
        });
        Thread thread1 = new Thread(()->{
            while (true){
                try{
                    lock.lock();
                    System.out.println("thread1 had lock");
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    System.out.println("thread1 will unlock");
                    lock.unlock();
                }
            }

        });

        thread.start();
        thread1.start();
    }
}

技术图片

每次都是成对出现的

如果注释掉lock

技术图片

显然不对

不过我们做的自选锁不可重入

假如有个函数需要递归,那么自旋锁就会发生死锁

所以我们需要一个Integer来判断一下

    public void lock(){
        if(Thread.currentThread().equals(reference.get())){
            atomicInteger.incrementAndGet();
            return ;
        }
        do {
        }while (!this.reference.compareAndSet(null,Thread.currentThread()));
        atomicInteger.incrementAndGet();
    }
    public void unlock(){
        if(Thread.currentThread().equals(reference.get())){
            int n = atomicInteger.decrementAndGet();
            if(n>0){
                return;
            }
        }
        do {
        }while (!this.reference.compareAndSet(Thread.currentThread(),null));

    }

这样就可重入了

https://www.cnblogs.com/qjjazry/p/6581568.html

Java 多线程 volitile 和 atomic

标签:imp   except   冲突   expec   boolean   edr   unit   val   期望   

原文地址:https://www.cnblogs.com/stdpain/p/10659449.html

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