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并发编程三大特性--可见性和有序性

news 2025/6/21 6:34:39

可见性：

什么是可见性：

可见性是指在数据在收到一个线程的修改时，其他的线程也可以得知并获取修改后的值的属性。这是并发编程的三大特性之一。

为了提高cpu的利用率，cpu在获取数据时，不是直接在主内存读取数据，而是在告诉缓存里面，但是在多核CPU下，每个CPU的高速缓存是独立的，也就造成了如果CPU修改自己高速缓存的内容，但是数据没有同步给主内存或这是其他缓存，就造成了数据的不一致。

cpu的高速缓存：

CPU为了提高速率会首先在高速缓存里面查找数据，如果高速缓存里面没有数据，再去主内存里面查找数据。
从缓存1到缓存3，存储的内容主键变大，但是查询速度变小。

图解可见性问题：

在初始阶段，我们的i=0 ,但是CPU1将数据改为1，如果没有可见性，主内存和其他的告诉缓存并不会知道数据改变，这样的话，计算的结构就会出现错误。

代码演示可见性问题

//演示可见性问题就是在修改了一个值之后，我们的另一个现成的数据并没有改变。

如果没有可见性的问题，那么只要是修改一个值的话，这个之就会被所有的使用者感知到他的变化，不会出现程序中的状况

如何解决可见性问题

1.volatile

当变量被volatile修饰之后这个变量的读写都会变得很特别，对于可见性来说，被他修饰的变量的改变可以被任意的使用这个变量的线程感知。

volatile的读操作：在读取被volatile修饰的变量是，CPU会直接在主内存模块去读取，在高速缓存中的变量的值会被标记为不可用，所以每个CPU读取的值都是相同的。
volatile的写操作：对于volatile修饰的变量的写操作，他会将缓存中的修改的共享变量的值及时的刷新到主内存。

添加了volatile的变量再转为汇编语言时，会追加一个指令，这个指令就是规定了使用volatile的变量在写入时是直接写入主内存，并且这个临界变量在缓存中的值都不在有效，需要在主内存中重新读取。

2.synchronized

在程序添加synchronized关键字之后，会将CPU高速缓存中将带有synchronized关键字的代码块和方法里面的变量移除。重新在主内存中加载。在释放所之后，将这个变量直接同步到主内存。

在这里小编要提醒一下：变量移除时值得所有CPU缓存的变量都会被移除。

3.ReentranLock

我们在讲解这个之前不如去看一下ReentranLock的源码：在源码里面我们发现他其实时使用了volatile关键字。

4.final

在只是进行读取的数据里面是不会发生可见性到问题的，也就是说如果变量被修饰的话，因为是不可变的，也就是不会发生可见性问题。

提示：在java里面，volitile是不能与共同修饰一个变量的。

有序性：

CPU在执行指令时为了让指令可以快速地执行，会进行指令重排，但是指令重排之后的代码会出现有序性的问题。

有序性定义：

大家都知道我们的java是乱序执行的。但是在多线程的时候，乱序执行就会造成数据的问题。下面小编用代码演示一下：

代码演示有序性：

 private static int a,b,x,y;public static void main(String[] args) throws InterruptedException {for (int i = 0; i < Integer.MAX_VALUE; i++) {a = 0;b = 0;x = 0;y = 0;
Thread t1 = new Thread(() -> {a = 1;x = b;});Thread t2 = new Thread(() -> {b = 1;y = a;});
t1.start();t2.start();t1.join();t2.join();
if (x == 0 && y == 0) {System.out.println("第" + i + "次，x = " + x + ",y = " + y);}}}

在这段代码中，可能会出现输出每个都是零的时候，证明了java会指令重排。

解决有序性问题：

have before ：

具体规则：

单线程happen-before原则：在同一个线程中，书写在前面的操作happen-before后面的操作。
锁的happen-before原则：同一个锁的unlock操作happen-before此锁的lock操作。
volatile的happen-before原则：对一个volatile变量的写操作happen-before对此变量的任意操作。
happen-before的传递性原则：如果A操作 happen-before B操作，B操作happen-before C操作，那么A操作happen-before C操作。
线程启动的happen-before原则：同一个线程的start方法happen-before此线程的其它方法。
线程中断的happen-before原则：对线程interrupt方法的调用happen-before被中断线程的检测到中断发送的代码。
线程终结的happen-before原则：线程中的所有操作都happen-before线程的终止检测。
对象创建的happen-before原则：一个对象的初始化完成先于他的finalize方法调用。