java线程编程方面-讲解.pdf

在并发编程中，涉及到三个核心问题：原子性、可见性和有序性。下面将详细解释这三个概念及其在Java线程编程中的相关知识点。 **原子性**： 原子性是指在一次操作或者一系列操作中，要么全部执行，要么全部不执行，中间不会被其他线程打断。这是并发编程中保证数据一致性的基础。在Java中，对于基本数据类型的读取和写入操作是原子性的，但是复杂的操作，例如i++，实际是包含三个步骤：读取、修改、写入，这三个步骤无法保证原子性。为了实现复合操作的原子性，Java提供了synchronized关键字和java.util.concurrent包下的原子类如AtomicInteger等。 **可见性**： 可见性是指当一个线程修改了共享变量的值时，其他线程能够立即看到修改后的值。在多核CPU或多线程环境中，因为每个线程可能运行于不同的CPU核心上，并且每个核心有自己的缓存，所以会存在缓存一致性的问题。一个线程对变量的修改可能没有及时同步到主内存中，导致其他线程读取的是旧值。Java通过volatile关键字来保证可见性，当一个变量被volatile修饰时，每次读取该变量前都会强制从主内存中读取最新的值。 **有序性**： 有序性是保证程序执行的顺序与代码中的顺序一致。在Java中，由于指令重排序，JVM和处理器可能会对指令进行优化，改变程序的执行顺序。这样的重排序在单线程中通常不会影响程序的最终结果，但在多线程中可能会导致问题，比如上面提到的初始化情况。为了避免这种情况，Java提供了volatile关键字以及synchronized关键字来保证有序性，其中volatile禁止了指令重排序，synchronized保证了方法或代码块的执行是原子性的，从而间接地保证了有序性。 **Java内存模型(JMM)**： Java内存模型是为了在多线程环境下保证上述三个概念的正确实现而提出的抽象概念。Java内存模型定义了共享变量的访问规则和线程之间的通信方式。它通过规范CPU、缓存、编译器以及运行时的行为来实现多线程的正确并发。 在JMM中，提出了MESI缓存一致性协议，以保证多核处理器架构下数据的一致性。MESI代表了缓存行的四种状态：Modified(已修改)、Exclusive(独占)、Shared(共享)、Invalid(无效)。通过这些状态的控制，确保了当一个缓存行被一个核心修改之后，其他拥有相同缓存行的处理器必须知道这个变化，并通过某种机制（如监听总线上的变化）来维护数据的一致性。 在多线程编程中，线程对共享变量的访问不是直接与主存交互，而是通过各自的工作内存（高速缓存）进行。JMM规定了工作内存和主存之间的交互规则，从而保证了线程间能够正确地读取和更新共享变量的值。 总而言之，Java线程编程中的并发控制需要理解这三个概念，并利用JMM、volatile、synchronized等工具来确保线程的安全性。了解这些理论知识是编写可靠多线程程序的基础。在实际应用中，还需要注意合理的锁使用、线程通信以及避免死锁等问题，来构建健壮的多线程应用。