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线程安全
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线程
2021-10-12 16:01:21
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线程
##线程安全 代码所在的进程有多个线程在同时运行,这些线程可能同时在运行同一段代码,如果每次运行结果和单线程运行一致,而且其他变量的值也和预期是一样的,则是线程安全的 线程不安全就是不提供数据访问保护,有可能出现多个线程先后更改数据,造成所得到的数据是脏数据,也可能是计算时出现错误 ## 并发模拟 - Postman : Http请求模拟工具 - Apache Bench(AB) : Apache附带的工具,测试网站性能 - JMeter : Apache组织开发的压力测试工具 - 代码 : Semaphore、CountDownLatch等 这些模拟工具中,JMeter是最方便实用的,推荐学习 下面写一下代码的并发模拟测试例子 ``` package com.csyd.concurrency; import com.csyd.concurrency.annoations.NotThreadSafe; import lombok.extern.slf4j.Slf4j; import java.util.concurrent.CountDownLatch; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.Semaphore; @Slf4j //自定义的注解,代表线程不安全 @NotThreadSafe public class ConcurrencyTest { // 请求总数 public static final int clientTotal = 5000; // 同时并发执行的线程数 public static final int threadTotal = 200; public static int count = 0; public static void main(String[] args) throws Exception{ //定义一个线程池 ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool(); //定义信号量,Semaphore是常用的并发测试类 final Semaphore semaphore = new Semaphore(threadTotal); //定义计数器递锁, CountDownLatch并发常用 final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(clientTotal); for (int i = 0; i < clientTotal; i++){ //for循环请求放入线程池中 executorService.execute(() -> { try { // 线程池执行时引入信号量,acquire判断当前进程是否允许被执行 // 如果达到了一定并发数,可能会临时被阻塞掉, // acquire返回值后,下面的add才会执行 semaphore.acquire(); add(); //释放 semaphore.release(); } catch (Exception e) { log.error("exception", e); } // 每执行完一次后, 就会减一个 countDownLatch.countDown(); }); } //当countDown减为0,就会执行,也就是所有的线程执行完 countDownLatch.await(); //关闭线程池 executorService.shutdown(); log.info("count:{}", count); } private static void add(){ count++; } } ``` 执行后发现,每次的执行结果都不同,说明是线程不安全的 ## 线程安全性 当多个线程访问某个类时,不管运行时环境采用何种调度方式或者这些进程将如何交替执行,并且在主调代码中不需要任何额外的同步或协同,这个类都能表现出正确的行为,那么就称这个类是线程安全的 - 原子性:提供了互斥访问,同一时刻只能有一个线程来对它进行操作 - 可见性:一个线程对主内存的修改可以及时的被其他线程观察到 - 有序性:一个线程观察其他线程中的指令执行顺序,由于指令重排序的存在,该观察结果一般杂乱无序 ### 原子性 **AtomicXXX:** 通过CAS(compareAndSwap)方法,在每次操作的时候,都从底层拿到该值,与传来的当前值做比较,如果是相同的,就继续操作,通过while循环不断重复,如果当前值与底层的值不同,则再去取值 **AtomicLong、LongAdder** LongAdder和AtomicLong很像,但是不像Atomic一直while循环,效率更高,用什么byte,hash的,没听懂,低量的可以用简单的AtomicLong,多量的建议实用LongAdder **AtomicReference、AtomicReferenceFieldUpdater** AtomicReference使用compareAndSet(参数1,参数2)方法,判断当前值是否等于参数1,等于就把该值变成参数2 AtomicReferenceFieldUpdater是更新一个类的某个值,类中的这个值必须是volatile修饰的(不常用) **AtomicStampReference:CAS的ABA问题 解决CAS操作时,其他线程把A改成B又改成A,使用当前线程A与主存变量比较时,发现A没有变,于是CAS就将A值交换操作,是不符合的,因此它将每CAS操作时,将变量版本号加1,这样判断版本号就能正确识别 **AtomicBoolean** 可以让代码只执行一次,即便是多个线程同时跑,也绝对不会重复,比较常用 ``` private static void test(){ if (isHappened.compareAndSet(false, true)){ //可以让代码只执行一次,绝对不会重复 log.info("execute"); } } ``` **锁** - synchronized:依赖JVM,不可中断的锁,适合竞争不激烈,可读性好 - Lock:依赖特殊的CPU指令,代码实现,ReentrantLock,可中断锁,多样化同步,竞争激烈时能维持常态 **synchronized** 1. 修饰代码块:大括号括起来的代码,作用于调用的对象 2. 修饰方法:整个方法,作用于调用的对象 3. 修饰静态方法:整个静态方法,作用于这个类的所有对象 4. 修饰类:括号括起来的部分,作用于这个类的所有对象 > **对比:** synchronized:不可中断的锁,适合竞争不激烈,可读性好 Lock:可中断锁,多样化同步,竞争激烈时能维持常态 Atomic:竞争激烈时能维持常态,比Lock性能好,只能同步一个值 ### 可见性 **不可见原因** 1. 线程交叉执行 2. 重排序结合线程交叉执行 3. 共享变量更新后的值没有在工作内存与主存间及时更新 **解决方法** **synchronized** > **JMM关于synchronized的两条规定** 1. 线程解锁前,必须把共享变量的最新值刷新到主内存 2. 线程加锁时,将清空工作内存中共享变量的值,从而使用共享变量时需要从主内存中重新读取最新的值 **volatile** > **通过加入内存屏障和禁止重排序优化来实现** 1. 对volatile变量写操作时,会在写操作后加入一条store屏障指令,将本地内存中的变量值刷新到主内存 2. 对volatile变量读操作时,会在读操作前加入一条load屏障指令,从主内存中读取共享变量 适合用于标识判断状态和double check(检查两次) ### 有序性 Java内存模型中,允许编译器和处理器对指令进行重排序,不会影响单线程执行,却会影响到多线程并发执行的正确性 可以通过volatile、synchronized、Lock保证有序性 **有序性 - happens-before原则** - 程序次序规则:一个线程内,按照代码执行顺序,书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作 - 锁定规则:一个unLock操作先行发生于后面对同一个锁的lock操作 - volatile变量规则:对一个变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作 - 传递原则:如果操作A先行发生于操作B,而操作B又先行发生于操作C,则可以得出操作A先行发生于操作C - 线程启动原则:Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每一个动作 - 线程中断规则:对线程interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生 - 线程终结规则:线程中所有的操作都先行发生于线程的终止检测,我们可以通过Thread.join()方法结束、Thread.isAlive()的返回值手段检测到线程已经终止执行 - 对象终结规则:一个对象的初始化完成先行发生于他的finalize()方法的开始
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