JavaEE-多线程初阶(4)
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回顾上节
1.线程安全问题
1）[根本]随机调度，抢占式执行
2）多个线程同时修改同一个变量
3）修改操作不是原子的
4）内存可见性（本节讨论）
5）指令重排序（本节讨论）
2.解决线程安全问题
1）锁的概念：互斥/排他
2）如何加锁：
synchronized(锁对象){
一些要保证线程安全的代码
}
3）synchronized的变种写法：
在方法内使用synchronized
用synchronized修饰方法
4）可重入
1.关于死锁
1.1 死锁的概念
具体看上篇文章可重入锁部分
1.2 产生死锁的三种情况
情况一
一个线程，一把锁，连续加两次
情况二
两个线程，两把锁，每个线程获得一把锁之后，尝试获取对方的锁
一个死锁的案例：
public static void main(String[] args) {
Object locker1=new Object();
Object locker2=new Object();
Thread t1=new Thread(()->{
synchronized (locker1){
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
synchronized (locker2){
System.out.println("t1线程两个锁都获取到");
}
}
});
Thread t2=new Thread(()->{
synchronized (locker2){
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
synchronized (locker1){
System.out.println("t2线程两个锁都获取到");
}
}
});
t1.start();
t2.start();
}执行代码：
【注意】
必须是，拿到第一把锁，再拿第二把锁（第一把锁不能释放），也就是必须要锁嵌套：
为什么要加sleep？
如果不加入sleep，很可能线程t1一口气就把两把锁都获取了，此时线程t2还没有开始，自然不会构成死锁
情况三
N个线程，M把锁
一个经典的模型，哲学家就餐问题：
现有五个哲学家均匀地坐在圆桌周围，圆桌中间有一碗面，并且桌上有五根筷子，每个哲学家的左右手都有一根筷子，当哲学家同时拿到左右手的两根筷子时就可以吃面，否则等待
此时的哲学家有两种操作：
1.思考人生（放下筷子，思考）
2.吃面条（拿起左右手的筷子）
并且这 五个哲学家 随机触发 吃面条 和 思考人生 这两个操作。
这5个哲学家，就相当于5个线程
5根筷子，就相当于5把锁
每个线程只需要拿到两把锁即可
大部分情况下，上述模型可以很好的运转，但是在一些极端情况下会造成死锁，比如：
同一时刻，大家都想吃面条，同时拿起左手的筷子，此时任何一个哲学家都吃不了面
而对于线程来说，这五个线程同时分别获取到 locker1、locker2....locker5，当每个线程获取第二把锁的时候，无论第二把锁的对象是locker1、locker2还是其他的，都会造成阻塞
1.3 如何避免死锁
要避免死锁，首先要知道死锁是如何构成的。
1.3.1 构成死锁的四个必要条件
1.锁是互斥的。一个线程拿到锁之后，另一个线程再尝试获取锁，就必须阻塞等待
2.锁是不可抢占的（不可剥夺）。线程1拿到锁，线程2也尝试获取这个锁，线程2必须阻塞等待，而不是线程2直接把锁抢过来
3.请求和保持。一个线程拿到锁1之后，不释放锁1的情况下，获取锁2
4.循环等待。多个线程，多把锁之间的等待过程，构成了循环，例如：
A等待B，B等待A 或者 A等待B，B等待C，C等待A
1.3.2 避免死锁
上述四个条件中，条件1和条件2是锁的基本特性，Java中的synchronized是遵循着两点的
破坏掉上述的 条件3 或者 条件4 任何一个条件都能够打破死锁。
对于条件三
如果先放下左手的筷子，再拿起右手的筷子，就不会构成死锁
也就是说，代码中加锁的时候，不要去“嵌套”
但是这种做法是不够通用的
因为事实上，有些情况确实需要拿到多个锁，再进行某个操作（嵌套是很难避免的）
对于条件四
约定好加锁的顺序，就可以破除循环等待了
约定：每个线程加锁的时候，永远是先获取需要小的锁，后获取序号大的锁
如果序号小的锁被占用了，就阻塞等待，直到序号小的锁被释放，才拿起第一把锁（序号小的）最后再拿起第二把锁（序号大的）
1.4 死锁小结
1. 构成死锁的场景
a）一个线程一把锁=>可重入锁
b）两个线程两把锁=>代码如何编写
c）N个线程M把锁
2. 死锁的四个必要条件
a）互斥
b）不可剥夺
c）请求和等待
d）循环等待
3. 如何避免死锁
打破上述 c：把嵌套的锁改成并列
打破上诉 d：加锁的顺序做出约定
2. Java标准库中的线程安全类
2.1 线程不安全
数据结构，集合类：
-ArraysList
-LinkedList
-HashMap
-TreeMap
-HashSet
-TreeSet
-StringBuilder
上面这些集合类自身没有进行任何加锁限制，线程不安全
2.2 线程安全，采用锁机制
但是还是有一些集合类是线程安全的，使用了一些锁机制来控制
-Vector（不推荐使用）
-HashTable（不推荐使用）
-StringBuffer
上面这三个集合类，属于在关键方法加了synchronized
虽然有synchronized，但是不推荐使用
原因：
加锁这个事情，不是没有代价的
一旦代码中使用了锁，意味着代码可能会因为锁竞争，产生阻塞=>程序的执行效率大打折扣
-ConcurrentHashMap
相比于HashTable来说，是高度优化的版本（后续详细分析）
2.3 线程安全，没有加锁
还有一些集合类，虽然没有加锁，但是不涉及“修改”，仍然是线程安全的
-String
3.再谈线程安全问题
3.1 内存可见性
内存可见性也是造成线程安全问题的原因之一
【案例】
现有两个线程，一个int型成员变量flag，线程t1进行条件为flag==0的while循环，当while循环结束时，线程t1结束。而线程t2则使用scanner.nextInt()对成员变量flag进行修改 ：
public static int flag=0;
public static void main(String[] args) {
Thread t1=new Thread(()->{
while(flag==0){
}
System.out.println("线程t1结束");
});
Thread t2=new Thread(()->{
//针对flag进行修改
Scanner scanner=new Scanner(System.in);
System.out.println("请输入flag的值：");
flag=scanner.nextInt();
});
t1.start();
t2.start();
}按理来说，执行代码后再输入一个值，flag的值就会改变，进而线程t1就会结束。
但是事实并非如此，执行代码：
程序并没有结束，说明t1线程还在继续执行（while循环）
很明显，这也是个Bug，也就是线程安全问题
一个线程读取，另一个线程修改，被修改的值并没有被线程读取到，这种问题被称为：
“内存可见性问题”
而产生这种问题的原因是编译器优化：
研究JDK的大佬们，希望通过编译器&JVM对程序员写的代码，自动进行优化。
本来写的代码是进行xxxx，编译器/JVM会在你原有逻辑不变的前提下，对你的代码进行调整
使程序效率更高
编译器，虽然声称优化操作是能够保证逻辑不变。
但是事实上，尤其是在多线程的程序中，编译器的判断可能会出现失误
这就可能导致编译器的优化，使优化后的逻辑，和优化前的逻辑出现细节上的偏差
对于上述案例代码，分析出现问题的原因：
对于while里的条件判断操作，可以看成是一个cmp这样的指令（条件跳转）
而在判断之前，首先要进行load操作（读取内存中flag的值，然后再进行判断）
对于这个while循环，短时间内会循环很多次，所以，while（flag==0）{ }这个代码可以等效于：
while{
load
cmp
}
而对于load和cmp：
load：是读内存操作
cmp：是纯cpu寄存器操作
因此，load的时间开销可能是cmp的几千倍
对于上述循环而言，flag的改变取决于用户的输入（System.in），而这段时间对于计算机来说是很长的（在用户输入值的这段时间内，while循环已经执行了很多很多次了）
在这个执行过程中，JVM就能感知到，load反复执行的结果，好像都是一样的
JVM认为：既然结果都是一样的，为何还要反复执行折这么多次
于是，JVM就把读取内存的操作，优化成读取寄存器这样的操作
（把内存的值读取到寄存器，后续再load，不需要再读取内存，直接从寄存器里取）
于是，等到用户再输入值，修改flag时
此时的t1线程早已经感知不到了（编译器优化，使得t1线程的读操作，不是真正读内存）
如果稍微调整上述代码，给while循环内加入sleep(1)，就不会出现这样的问题了：
执行结果：
原理：
因此，JVM就不再对此部分进行优化了
但是，针对内存可见性问题，也不能指望通过sleep来解决
使用sleep会大大影响到程序运行的效率
如何不使用sleep也能解决上述的内存可见性问题呢？
volatile关键字
Java语法中，有一个volatile关键字：
通过这个关键字来修饰某个变量，此时编译器对这个变量的读取操作，就不会被优化成读寄存器
再次执行程序，没有出现内存可见性问题：
这样的变量读取操作，就不会被编译器进行优化了。
既然谈到了volatile，就不得不谈谈JMM（Java Memory Model，Java 内存模型）
JMM
Java内存模型，Java官方文档的术语：
每个线程，有一个自己的“工作内存”（work memory），同时这些线程共享同一个“主内存”（main memory）。当一个线程循环进行上述读取变量操作的时候，就会把主内存中的数据，拷贝到该线程的工作内存中。后续另一个线程修改，也是先修改自己的工作内存，拷贝到主内存里。由于第一个线程仍然在读自己的工作内存，因此感知不到主内存的变化
咱们前面讲的是，把读内存的操作，优化成读寄存器操作，其实是同样的意思。
【注意】
work memory：这里说的工作内存，其实并不是我们常说的“内存”，就是指cpu的寄存器
main memory：这才是我们真正所说的内存
完
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原文地址：https://blog.csdn.net/NoobNo2/article/details/143526930
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