Java一致性的实现

一致性

 

 

内存模型

每一个线程有一个工作内存和主存独立

工作内存存放主存中变量的值的拷贝

 

 

Happen Before

• 1、程序次序规则：在一个单独的线程中，按照程序代码的执行流顺序，（时间上）先执行的操作happen—before（时间上）后执行的操作。
• 2、管理锁定规则：一个unlock操作happen—before后面（时间上的先后顺序，下同）对同一个锁的lock操作。
• 3、volatile变量规则：对一个volatile变量的写操作happen—before后面对该变量的读操作。
• 4、线程启动规则：Thread对象的start（）方法happen—before此线程的每一个动作。
• 5、线程终止规则：线程的所有操作都happen—before对此线程的终止检测，可以通过Thread.join（）方法结束、Thread.isAlive（）的返回值等手段检测到线程已经终止执行。
• 6、线程中断规则：对线程interrupt（）方法的调用happen—before发生于被中断线程的代码检测到中断时事件的发生。
• 7、对象终结规则：一个对象的初始化完成（构造函数执行结束）happen—before它的finalize（）方法的开始。
• 8、传递性：如果操作A happen—before操作B，操作B happen—before操作C，那么可以得出A happen—before操作C。

 

 

当数据从主内存复制到工作存储时，必须出现两个动作：第一，由主内存执行的读（read）操作；第二，由工作内存执行的相应的load操作；当数据从工作内存拷贝到主内存时，也出现两个操作：第一个，由工作内存执行的存储（store）操作；第二，由主内存执行的相应的写（write）操作

每一个操作都是原子的，即执行期间不会被中断

对于普通变量，一个线程中更新的值，不能马上反应在其他变量中

如果需要在其他线程中立即可见，需要使用 volatile 关键字

CAS(Compare And Swap)

非阻塞同步指令之一，硬件指令集支持。先进行操作，如果有并发操作，则不断重试直到成功。

 

 

final不可变

作用于类、方法、成员变量、局部变量。初始化完成后的不可变对象，其它线程可见。常量不会改变不会因为其它线程产生影响。Final修饰的引用类型的地址不变，同时需要保证引用类型各个成员和操作的线程安全问题。因为引用类型成员可能是可变的。

 

synchronized同步

作用域代码块、方法上。通过线程互斥，同一时间的同样操作只允许一个线程操作。通过字节码指令实现。

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Volatile

1. volatile 修饰的变量的变化保证对其它线程立即可见。

   volatile变量的写，先发生于读。每次使用volatile修饰的变量个线程都会刷新保证变量一致性。但同步之前各线程可能仍有操作。如：各个根据volatile变量初始值分别进行一些列操作，然后再同步写赋值。每个线程的操作有先后，当一个最早的线程给线程赋值时，其它线程同步。但这时其它线程可能根据初始值做了改变，同步的结果导致其它线程工作结果丢失。

   根据volatile的语意使用条件：运算结果不依赖变量的当前值。

2. volatile禁止指令重排优化。

   这个语意导致写操作会慢一些。因为读操作跟这个没关系。

    

   并发包概述

   java.util.concurrent 包含许多线程安全、测试良好、高性能的并发构建块。不客气地说，创建java.util.concurrent 的目的就是要实现 Collection 框架对数据结构所执行的并发操作。通过提供一组可靠的、高性能并发构建块，开发人员可以提高并发类的线程安全、可伸缩性、性能、可读性和可靠性。

   此包包含locks,concurrent,atomic 三个包。

   Atomic：原子数据的构建。

   Locks：基本的锁的实现，最重要的AQS框架和lockSupport

   Concurrent：构建的一些高级的工具，如线程池，并发队列等。

   其中都用到了CAS（compare-and-swap）操作。CAS 是一种低级别的、细粒度的技术，它允许多个线程更新一个内存位置，同时能够检测其他线程的冲突并进行恢复。它是许多高性能并发算法的基础。在 JDK 5.0 之前，Java 语言中用于协调线程之间的访问的惟一原语是同步，同步是更重量级和粗粒度的。公开 CAS 可以开发高度可伸缩的并发 Java 类。这些更改主要由 JDK 库类使用，而不是由开发人员使用。

   CAS操作都封装在java 不公开的类库中，sun.misc.Unsafe。此类包含了对原子操作的封装，具体用本地代码实现。本地的C代码直接利用到了硬件上的原子操作。