并发编程三大特性之原子性-编程知识

并发编程三大特性之原子性

一、并发编程3大特性是什么？

并发编程三大特性分别是原子性、可见性和有序性。java内存模型JMM就是围绕着原子性、

可见性、原子性来处理java线程间通信的。

二、原子性

1、什么是原子性？

原子性是指一个操作是不可分割的，不可终端的；一个线程执行时，另一个线程

不会影响到它，即多线程操作临界资源，预期结果要与最终结果一致。

如：赋值操作 a=1 是原子操作，但注意 i++/i--、++j/--j 不是原子操作，

以下边代码举例说明：

public class Test01 {private static int count = 0;public static void increment() {count++;try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread t1 = new Thread(() -> {for(int i=0;i<100;i++){increment();}});Thread t2 = new Thread(() -> {for(int i=0;i<100;i++){increment();}});t1.start();t2.start();//主线程（这里是main线程）阻塞，等待t1、t2执行完成后主线程（main线程）才继续往下执行t1.join();t2.join();//若count++是原子的，那么最后count一定输出200，否则说明count++不是原子性的System.out.println(count);}
}

当前程序多线程操作时，最终结果与预期结果不一致

2、通过javap 反编译java字节码文件来观察i++操作的执行过程

1）在当前文件下执行命令 javac java文件，将java文件编译成字节码文件，

即.class 文件，如Test01.class

2）执行 javap -v Test01.class 命令，反编译字节码文件，i++ 的执行过程如下：

可以看到i++的操作分了3个步骤，即如上图所示分别是：从主内存中取变量、

在线程私有本地内存中计算、最后把计算结果刷新到主内存

3、如何保证原子性？

3.1）通过synchronized关键字保证原子性

可以在方法上添加关键字或在方法中使用synchronized 同步代码块来保证原子性。

synchronized 可以避免多个线程同时操作临界资源，同一时间点只有一个线程在

操作临界资源。

以使用同步代码块为例，如下所示：

public  static int count = 0;public void increment(){synchronized (this){count++;}}

java文件编译后，monitorenter指令插入到代码块开始的位置，表示获取了锁；

而 monitorexit 指令插入到代码块结束或异常的位置，表示释放锁。

jvm保证每个 monitorenter指令都有一个 monitorexit 指令与其对应

3.2）CAS 保证原子性

（1）什么是CAS

compare and swap（简称CAS）也就是比较和交换，是一条CPU层面

上的并发源语，在cpu层面上执行。它在替换内存中某个位置的值时，首先

会查看该位置的值是否与预期的值一致，若一致则交换；这个操作是原子的

java中基于Unsafe的类提供了对CAS的操作方法，jvm会帮助我们将方法实现

编译成CAS汇编指令。

注意：CAS只是比较和交换，但从内存中取变量需要自己实现；

CAS只能保证一个变量的原子性，不能保证多行代码的原子性

（2）使用CAS保证原子性，示例代码如下：

public static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);public static void increment(){//自增count.incrementAndGet();try {Thread.sleep(100);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}

3.3）使用Lock 锁来保证原子性，示例代码如下：