总结并发编程

Posted 2020-12-10 muacheng

一.java内存模型

1.线程通信机制

1.共享内存（java使用）

共享内存这种方式比较常见，我们经常会设置一个共享变量。然后多个线程去操作同一个共享变量。从而达到线程通讯的目的。例如，我们使用多个线程去执行页面抓取任务，我们可以使用一个共享变量count来记录任务完成的数量。每当一个线程完成抓取任务，会在原来的count上执行加1操作。这样每个线程都可以通过获取这个count变量来获得当前任务的完成情况。当然必须要考虑的是共享变量的同步问题，这也共享内存容易出错的原因所在。

2.消息传递

消息传递方式采取的是线程之间的直接通信，不同的线程之间通过显式的发送消息来达到交互目的。消息传递最有名的方式应该是actor模型了（erlang使用此模型）。在这种模型下，一切都是actor（类似于面向对象的oo），所有的actor之间的通信都必须通过传递消息才能达到。每个actor都有一个收件箱（消息队列，所以它是一个异步模型）用来保存收到其他actor传递来的消息

2.内存模型

1.重排序

编译器和处理器可能会对操作做重排序。编译器和处理器在重排序时，会遵守数据依赖性，编译器和处理器不会改变存在数据依赖关系的两个操作的执行顺序
怎样判断两个操作存在依赖关系？
如果两个操作访问同一个变量，且这两个操作中有一个为写操作，此时这两个操作之间就存在数据依赖性

名称	代码示例	说明
写后读	a = 1;b = a;	写一个变量之后，再读这个位置
写后写	a = 1;a = 2;	写一个变量之后，再写这个变量
读后写	a = b;b = 1;	读一个变量之后，再写这个变量

上面三种情况，只要重排序两个操作的执行顺序，程序的执行结果将会被改变。

2.as-if-serial

as-if-serial 语义的意思指：不管怎么重排序（编译器和处理器为了提高并行度），（单线程）程序的执行结果不能被改变。编译器，和处理器都必须遵守 as-if-serial 语义

3.happens-before

在并发环境下，指令重排序可能出现问题，为了避免编译优化对并发编程安全性的影响，需要happens-before规则定义一些禁止编译优化的场景，保证并发编程的正确性

public class VolatileExample {
    int x = 0 ;
    volatile boolean v = false;
    public void writer(){
        x = 42;
        v = true;
    }

    public void reader(){
        if (v == true){
            // 这里x会是多少呢
        }
    }
}

jdk1.5之前，线程B读到的变量x的值可能是0，也可能是42，jdk1.5之后，变量x的值就是42了。原因是jdk1.5中，对volatile的语义进行了增强.来看一下happens-before规则在这段代码中的体现。

1.规则1：程序顺序性规则
一个线程中，按照程序的顺序，前面的操作happens-before后续的任何操作（对于这一点，可能会有疑问。顺序性是指，我们可以按照顺序推演程序的执行结果，但是编译器未必一定会按照这个顺序编译，但是编译器保证结果一定==顺序推演的结果）
2.规则二：volatile规则
对一个volatile变量的写操作，happens-before后续对这个变量的读操作
3.规则三：传递性规则
如果A happens-before B，B happens-before C，那么A happens-before C
jdk1.5的增强就体现在这里。回到上面例子中，线程A中，根据规则一，对变量x的写操作是happens-before对变量v的写操作的，根据规则二，对变量v的写操作是happens-before对变量v的读操作的，最后根据规则三，也就是说，线程A对变量x的写操作，一定happens-before线程B对v的读操作，那么线程B在注释处读到的变量x的值，一定是42
4.规则四：管程中的锁规则
对一个锁的解锁操作，happens-before后续对这个锁的加锁操作
5.规则五：线程start()规则
主线程A启动线程B，线程B中可以看到主线程启动B之前的操作。也就是start() happens before 线程B中的操作
6.规则六：线程join()规则
主线程A等待子线程B完成，当子线程B执行完毕后，主线程A可以看到线程B的所有操作。也就是说，子线程B中的任意操作，happens-before join()的返回