深入理解并發(fā)編程中的三個(gè)問(wèn)題
1.可見(jiàn)性
可見(jiàn)性（Visibility）：是指一個(gè)線程對(duì)共享變量進(jìn)行修改，另一個(gè)先立即得到修改后的最新值。
1.1 可見(jiàn)性案例演示
一個(gè)線程根據(jù)boolean類型的標(biāo)記flag， while循環(huán)，另一個(gè)線程改變這個(gè)flag變量的值，另 一個(gè)線程并不會(huì)停止循環(huán)。
public class VisibilityTest {
// 多個(gè)線程都會(huì)訪問(wèn)的數(shù)據(jù)，我們稱為線程的共享數(shù)據(jù)
// 定義一個(gè)靜態(tài)的 boolean 變量 run，初始值為 true
private static boolean run = true;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 創(chuàng)建并啟動(dòng)線程 t1
Thread t1 = new Thread(() -> {
// 在 run 變量為 true 時(shí)循環(huán)輸出消息
while (run) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "線程1 run = " + run);
}
// 循環(huán)結(jié)束后輸出最終消息
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "線程1 run = " + run);
});
t1.start(); // 啟動(dòng)線程 t1
Thread.sleep(1000); // 主線程睡眠1秒鐘
// 創(chuàng)建并啟動(dòng)線程 t2
Thread t2 = new Thread(() -> {
run = false; // 將 run 變量設(shè)置為 false
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "時(shí)間到，線程2設(shè)置為false");
});
t2.start(); // 啟動(dòng)線程 t2
}
}輸出結(jié)果：
Thread-0線程1 run = true
Thread-0線程1 run = true
// .....結(jié)果省略
Thread-1時(shí)間到，線程2設(shè)置為false
Thread-0線程1 run = false線程1開(kāi)始運(yùn)行時(shí)run=true,所以會(huì)不斷循環(huán)輸出Thread-0線程1 run = true,線程2運(yùn)行后設(shè)置run=false,線程1發(fā)現(xiàn)run=true后就停止輸出。
總結(jié)：并發(fā)編程時(shí)，會(huì)出現(xiàn)可見(jiàn)性問(wèn)題，當(dāng)一個(gè)線程對(duì)共享變量進(jìn)行了修改，另外的線程并沒(méi)有立即看到修改后的最新值。
2.原子性
原子性（Atomicity）：在一次或多次操作中，要么所有的操作都執(zhí)行并且不會(huì)受其他因素干擾而中斷，要么所有的操作都不執(zhí)行。
2.1 可見(jiàn)性案例演示
5個(gè)線程各執(zhí)行1000次 i++
public class AtomicityTest {
private static int number = 0; // 定義一個(gè)靜態(tài)的整數(shù)變量 number，初始值為 0
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Runnable increment = () -> {
// 定義一個(gè) Runnable 匿名類 increment，用于對(duì) number 進(jìn)行累加操作
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
number++; // 對(duì) number 進(jìn)行累加操作
}
};
ArrayList<Thread> ts = new ArrayList<>(); // 創(chuàng)建一個(gè) ArrayList 用于存儲(chǔ)線程對(duì)象
for (int i = 0; i < 5; i++) {
Thread t = new Thread(increment); // 創(chuàng)建一個(gè)新線程，傳入 increment Runnable 實(shí)例
t.start(); // 啟動(dòng)線程
ts.add(t); // 將線程對(duì)象添加到 ArrayList 中
}
for (Thread t : ts) {
t.join(); // 等待所有子線程執(zhí)行完畢
}
System.out.println("number = " + number); // 輸出最終的 number 值
}
}思考：最終number結(jié)果可能是多少？
結(jié)果可能是5000，也可能是小于5000的結(jié)果都有可能。
對(duì)于 number++ 而言（number 為靜態(tài)變量），實(shí)際會(huì)產(chǎn)生如下的 JVM 字節(jié)碼指令：
9: getstatic #12 // Field number:I
12: iconst_1
13: iadd
14: putstatic #12 // Field number:I可見(jiàn)number++是由多條語(yǔ)句組成，以上多條指令在一個(gè)線程的情況下是不會(huì)出問(wèn)題的，但是在多線程情況下就可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。比如一個(gè)線程在執(zhí)行13: iadd時(shí)，另一個(gè)線程又執(zhí)行9: getstatic。會(huì)導(dǎo)致兩次number++，實(shí)際上只加了1。
總結(jié)：并發(fā)編程時(shí)，會(huì)出現(xiàn)原子性問(wèn)題，當(dāng)一個(gè)線程對(duì)共享變量操作到一半時(shí)，另外的線程也有可能來(lái)操作共享變量，干擾了前一個(gè)線程的操作。
3.有序性
有序性（Ordering）：是指程序中代碼的執(zhí)行順序，Java在編譯時(shí)和運(yùn)行時(shí)會(huì)對(duì)代碼進(jìn)行優(yōu)化，會(huì)導(dǎo)致程序最終的執(zhí)行順序不一定就是我們編寫(xiě)代碼時(shí)的順序。
3.1. 有序性可見(jiàn)性案例演示
有序性
jcstress是Java并發(fā)壓測(cè)工具。
pom文件，添加依賴。
<dependency>
<groupId>org.openjdk.jcstress</groupId>
<artifactId>jcstress-core</artifactId>
<version>0.5</version>
</dependency>代碼：
@JCStressTest
@Outcome(id = {"1", "4"}, expect = Expect.ACCEPTABLE, desc = "ok")
@Outcome(id = "0", expect = Expect.ACCEPTABLE_INTERESTING, desc = "danger")
@State
public class OrderingTest {
int num = 0;
boolean ready = false;
// 線程1執(zhí)行的代碼
@Actor
public void actor1(I_Result r) {
if (ready) {
r.r1 = num + num;
} else {
r.r1 = 1;
}
}
// 線程2執(zhí)行的代碼
@Actor
public void actor2(I_Result r) {
num = 2;
ready = true;
}
}I_Result 是一個(gè)對(duì)象，有一個(gè)屬性 r1 用來(lái)保存結(jié)果。
思考：在多線程情況下可能出現(xiàn)幾種結(jié)果？
- 情況1：線程1先執(zhí)行actor1，這時(shí)ready = false，所以進(jìn)入else分支結(jié)果為1。
- 情況2：線程2執(zhí)行到actor2，執(zhí)行了num = 2;和ready = true，線程1執(zhí)行，這回進(jìn)入 if 分支，結(jié)果為 4。
- 情況3：線程2先執(zhí)行actor2，只執(zhí)行num = 2；但沒(méi)來(lái)得及執(zhí)行 ready = true，線程1執(zhí)行，還是進(jìn)入else分支，結(jié)果為1。
注意：還有第四種情況，結(jié)果為0。
- 情況4：線程2java編譯后結(jié)果
ready = true;
num = 2;線程2先執(zhí)行actor2，執(zhí)行了ready = true，但沒(méi)來(lái)得及執(zhí)行執(zhí)行num = 2，線程1執(zhí)行，還是進(jìn)入if分支，結(jié)果為0。
運(yùn)行測(cè)試：
mvn clean install
java -jar target/jcstress.jar部分jcstress測(cè)試結(jié)果，0結(jié)果出現(xiàn)1384次。
完整pox.xml：
<properties>
<maven.compiler.source>8</maven.compiler.source>
<maven.compiler.target>8</maven.compiler.target>
<project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding>
<javac.target>1.8</javac.target>
<uberjar.name>jcstress</uberjar.name>
</properties>
<dependencies>
<dependency>
<groupId>org.openjdk.jcstress</groupId>
<artifactId>jcstress-core</artifactId>
<version>0.5</version>
</dependency>
</dependencies>
<build>
<plugins>
<plugin>
<groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
<artifactId>maven-compiler-plugin</artifactId>
<version>3.1</version>
<configuration>
<compilerVersion>${javac.target}</compilerVersion>
<source>${javac.target}</source>
<target>${javac.target}</target>
</configuration>
</plugin>
<plugin>
<groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
<artifactId>maven-shade-plugin</artifactId>
<version>2.2</version>
<executions>
<execution>
<id>main</id>
<phase>package</phase>
<goals>
<goal>shade</goal>
</goals>
<configuration>
<finalName>${uberjar.name}</finalName>
<transformers>
<transformer
implementation="org.apache.maven.plugins.shade.resource.ManifestResourceTransformer">
<mainClass>org.openjdk.jcstress.Main</mainClass>
</transformer>
<transformer implementation="org.apache.maven.plugins.shade.resource.AppendingTransformer">
<resource>META-INF/TestList</resource>
</transformer>
</transformers>
</configuration>
</execution>
</executions>
</plugin>
</plugins>
</build>
