Java多线程学习笔记

作者：Grey

原文地址：Java多线程学习笔记

什么是程序，进程和线程？

  • 程序是计算机的可执行文件
  • 进程是计算机资源分配的基本单位
  • 线程是资源调度执行的基本单位
    • 一个程序里面不同的执行路径
    • 多个线程共享进程中的资源

线程和进程的关系

线程就是轻量级进程，是程序执行的最小单位。

多进程的方式也可以实现并发，为什么我们要使用多线程？

  1. 共享资源在线程间的通信比较容易。
  2. 线程开销更小。

进程和线程的区别？

  • 进程是一个独立的运行环境，而线程是在进程中执行的一个任务。他们两个本质的区别是是否单独占有内存地址空间及其它系统资源（比如I/O）。
  • 进程单独占有一定的内存地址空间，所以进程间存在内存隔离，数据是分开的，数据共享复杂但是同步简单，各个进程之间互不干扰；而线程共享所属进程占有的内存地址空间和资源，数据共享简单，但是同步复杂。
  • 进程单独占有一定的内存地址空间，一个进程出现问题不会影响其他进程，不影响主程序的稳定性，可靠性高；一个线程崩溃可能影响整个程序的稳定性，可靠性较低。
  • 进程单独占有一定的内存地址空间，进程的创建和销毁不仅需要保存寄存器和栈信息，还需要资源的分配回收以及页调度，开销较大；线程只需要保存寄存器和栈信息，开销较小。
  • 进程是操作系统进行资源分配的基本单位，而线程是操作系统进行调度的基本单位，即CPU分配时间的单位。

什么是线程切换？

从底层角度上看，CPU主要由如下三部分组成，分别是：

  • ALU: 计算单元
  • Registers: 寄存器组
  • PC：存储到底执行到哪条指令

T1线程在执行的时候，将T1线程的指令放在PC，数据放在Registers，假设此时要切换成T2线程，T1线程的指令和数据放cache，然后把T2线程的指令放PC，数据放Registers，执行T2线程即可。

以上的整个过程是通过操作系统来调度的，且线程的调度是要消耗资源的，所以，线程不是设置越多越好。

单核CPU设定多线程是否有意义？

有意义，因为线程的操作中可能有不消耗CPU的操作，比如：等待网络的传输，或者线程sleep，此时就可以让出CPU去执行其他线程。可以充分利用CPU资源。

  • CPU密集型
  • IO密集型

线程数量是不是设置地越大越好？

不是，因为线程切换要消耗资源。

示例：
单线程和多线程来累加1亿个数。-> CountSum.java

工作线程数（线程池中线程数量）设多少合适？

  • 和CPU的核数有关

  • 最好是通过压测来评估。通过profiler性能分析工具jProfiler，或者Arthas

  • 公式

N = Ncpu * Ucpu * (1 + W/C)

其中：

  • Ncpu是处理器的核的数目，可以通过Runtime.getRuntime().availableProcessors() 得到

  • Ucpu是期望的CPU利用率（该值应该介于0和1之间）

  • W/C是等待时间和计算时间的比率。

Java中创建线程的方式

  1. 继承Thread类，重写run方法
  2. 实现Runnable接口，实现run方法，这比方式1更好，因为一个类实现了Runnable以后，还可以继承其他类
  3. 使用lambda表达式
  4. 通过线程池创建
  5. 通过Callable/Future创建（需要返回值的时候）

具体示例可见：HelloThread.java

线程状态

  • NEW

线程刚刚创建，还没有启动
即：刚刚New Thread的时候，还没有调用start方法时候，就是这个状态

  • RUNNABLE

可运行状态，由线程调度器可以安排执行，包括以下两种情况：

  • READY
  • RUNNING

READY和RUNNING通过yield来切换

  • WAITING

等待被唤醒

  • TIMED_WAITING

隔一段时间后自动唤醒

  • BLOCKED

被阻塞，正在等待锁
只有在synchronized的时候在会进入BLOCKED状态

  • TERMINATED

线程执行完毕后，是这个状态

线程状态切换

java_thread_state

线程基本操作

sleep

当前线程睡一段时间

yield

这是一个静态方法，一旦执行，它会使当前线程让出一下CPU。但要注意，让出CPU并不表示当前线程不执行了。当前线程在让出CPU后，还会进行CPU资源的争夺，但是是否能够再次被分配到就不一定了。

join

等待另外一个线程的结束，当前线程才会运行

public class ThreadBasicOperation {
    static volatile int sum = 0;

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Thread t = new Thread(()->{
            for (int i = 1; i <= 100; i++) {
                sum += i;
            }
        });
        t.start();
        // join 方法表示主线程愿意等待子线程执行完毕后才继续执行
        // 如果不使用join方法，那么sum输出的可能是一个很小的值，因为还没等子线程
        // 执行完毕后，主线程就已经执行了打印sum的操作
        t.join();
        System.out.println(sum);
    }
}

示例代码：ThreadBasicOperation.java

interrupt

  • interrupt()

打断某个线程(设置标志位)

  • isInterrupted()

查询某线程是否被打断过(查询标志位)

  • static interrupted

查询当前线程是否被打断过，并重置打断标志位

示例代码：ThreadInterrupt.java

如何结束一个线程

不推荐的方式

  • stop方法
  • suspend/resume方法

以上两种方式都不建议使用, 因为会产生数据不一致的问题，因为会释放所有的锁。

优雅的方式

如果不依赖循环的具体次数或者中间状态, 可以通过设置标志位的方式来控制

public class ThreadFinished {
    private static volatile boolean flag = true;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        // 推荐方式:设置标志位
        Thread t3 = new Thread(() -> {
            long i = 0L;
            while (flag) {
                i++;
            }
            System.out.println("count sum i = " + i);
        });
        t3.start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        flag = false;
    }
}

如果要依赖循环的具体次数或者中间状态, 则可以用interrupt方式

public class ThreadFinished {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 推荐方式:使用interrupt
        Thread t4 = new Thread(() -> {
            while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {

            }
            System.out.println("t4 end");
        });
        t4.start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        t4.interrupt();
    }
}

示例代码: ThreadFinished.java

并发编程的三大特性

可见性

每个线程会保存一份拷贝到线程本地缓存,使用volatile,可以保持线程之间数据可见性。

如下示例: ThreadVisible.java

public class ThreadVisible {
    
    static volatile   boolean  flag = true;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t = new Thread(()->{
            while(flag) {
                // 如果这里调用了System.out.println()
                // 会无论flag有没有加volatile,数据都会同步
                // 因为System.out.println()背后调用的synchronized
                // System.out.println();
            }
            System.out.println("t end");
        });
        t.start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
        flag = false;


        // volatile修饰引用变量
        new Thread(a::m,"t2").start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        a.flag = false;

        // 阻塞主线程,防止主线程直接执行完毕,看不到效果
        new Scanner(System.in).next();
    }
    private static volatile A a = new A();
    static class A {
        boolean flag = true;
        void m() {
            System.out.println("m start");
            while(flag){}
            System.out.println("m end");
        }   
    }
}

代码说明:

  • 如在上述代码的死循环中增加了System.out.println(), 则会强制同步flag的值,无论flag本身有没有加volatile。
  • 如果volatile修饰一个引用对象,如果对象的属性(成员变量)发生了改变,volatile不能保证其他线程可以观察到该变化。

关于三级缓存

3_cache

如上图，内存读出的数据会在L3，L2，L1上都存一份。所谓线程数据的可见性，指的就是内存中的某个数据，假如第一个CPU的一个核读取到了，和其他的核读取到这个数据之间的可见性。

在从内存中读取数据的时候，根据的是程序局部性的原理，按块来读取，这样可以提高效率，充分发挥总线CPU针脚等一次性读取更多数据的能力。

所以这里引入了一个缓存行的概念，目前一个缓存行多用64个字节来表示。

如何来验证CPU读取缓存行这件事，我们可以通过一个示例来说明：

public class CacheLinePadding {
    public static T[] arr = new T[2];

    static {
        arr[0] = new T();
        arr[1] = new T();
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            for (long i = 0; i < 1000_0000L; i++) {
                arr[0].x = i;
            }
        });

        Thread t2 = new Thread(() -> {
            for (long i = 0; i < 1000_0000L; i++) {
                arr[1].x = i;
            }
        });

        final long start = System.nanoTime();
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println((System.nanoTime() - start) / 100_0000);
    }

    private static class Padding {
        public volatile long p1, p2, p3, p4, p5, p6, p7;
    }

    private static class T /**extends Padding*/ {
        public volatile long x = 0L;
    } 
}

说明：以上代码，T这个类extends Padding与否，会影响整个流程的执行时间，如果继承了，会减少执行时间，因为继承Padding后，arr[0]和arr[1]一定不在同一个缓存行里面，所以不需要同步数据，速度就更快一些了。

jdk1.8增加了一个注解：@Contended，标注了以后，不会在同一缓存行, 仅适用于jdk1.8
还需要增加jvm参数

-XX:-RestrictContended

CPU为每个缓存行标记四种状态（使用两位）

  • Exclusive
  • Invalid
  • Shared
  • Modified

参考：【并发编程】MESI–CPU缓存一致性协议

有序性

为什么会出现乱序执行呢？因为CPU为了提高效率，可能在执行某些指令的时候，不按顺序执行（指令前后没有依赖关系的时候）

乱序存在的条件是：不影响单线程的最终一致性(as – if – serial)

验证乱序执行的程序示例 DisOrder.java：

public class DisOrder {
    private static int x = 0, y = 0;
    private static int a = 0, b = 0;

    // 以下程序可能会执行比较长的时间
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        int i = 0;
        for (;;) {
            i++;
            x = 0;
            y = 0;
            a = 0;
            b = 0;
            Thread one = new Thread(() -> {
                // 由于线程one先启动，下面这句话让它等一等线程two. 读着可根据自己电脑的实际性能适当调整等待时间.
                shortWait(100000);
                a = 1;
                x = b;
            });

            Thread other = new Thread(() -> {
                b = 1;
                y = a;
            });
            one.start();
            other.start();
            one.join();
            other.join();
            String result = "第" + i + "次 (" + x + "," + y + "）";
            if (x == 0 && y == 0) {
                // 出现这个分支，说明指令出现了重排
                // 否则不可能 x和y同时都为0
                System.err.println(result);
                break;
            } else {
                // System.out.println(result);
            }
        }
    }

    public static void shortWait(long interval) {
        long start = System.nanoTime();
        long end;
        do {
            end = System.nanoTime();
        } while (start + interval >= end);
    }
}

如上示例，如果指令不出现乱序，那么x和y不可能同时为0，通过执行这个程序可以验证出来，在我本机测试的结果是：

执行到第1425295次 出现了x和y同时为0的情况。

原子性

程序的原子性是指整个程序中的所有操作，要么全部完成，要么全部失败，不可能滞留在中间某个环节；在多个线程一起执行的时候，一个操作一旦开始，就不会被其他线程所打断。

一个示例：

class T {
    m = 9;
}

对象T在创建过程中，背后其实是包含了多条执行语句的，由于有CPU乱序执行的情况，所以极有可能会在初始化过程中生成以一个半初始化对象t，这个t的m等于0（还没有来得及做赋值操作）

所以，不要在某个类的构造方法中启动一个线程，这样会导致this对象逸出，因为这个类的对象可能还来不及执行初始化操作，就启动了一个线程，导致了异常情况。

volatile一方面可以保证线程数据之间的可见性，另外一方面，也可以防止类似这样的指令重排，所以
所以，单例模式中，DCL方式的单例一定要加volatile修饰：

public class Singleton6 {
    private volatile static Singleton6 INSTANCE;

    private Singleton6() {
    }

    public static Singleton6 getInstance() {
        if (INSTANCE == null) {
            synchronized (Singleton6.class) {
                if (INSTANCE == null) {
                    try {
                        Thread.sleep(1);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    INSTANCE = new Singleton6();
                }
            }
        }
        return INSTANCE;
    }
}

具体可以参考设计模式学习笔记 中单例模式的说明。

CAS

比较与交换的意思

举个例子：

内存有个值是3，如果用Java通过多线程去访问这个数，每个线程都要把这个值+1。

之前是需要加锁，即synchronized关键字来控制。但是JUC的包出现后，有了CAS操作，可以不需要加锁来处理，流程是：

第一个线程：把3拿过来，线程本地区域做计算+1，然后把4写回去，
第二个线程：也把3这个数拿过来，线程本地区域做计算+3后，在回写回去的时候，会做一次比较，如果原来的值还是3，那么说明这个值之前没有被打扰过，就可以把4写回去，如果这个值变了，假设变为了4，那么说明这个值已经被其他线程修改过了，那么第二个线程需要重新执行一次，即把最新的4拿过来继续计算，回写回去的时候，继续做比较，如果内存中的值依然是4，说明没有其他线程处理过，第二个线程就可以把5回写回去了。

流程图如下：
cas_case

ABA问题

CAS会出现一个ABA的问题，即在一个线程回写值的时候，其他线程其实动过那个原始值，只不过其他线程操作后这个值依然是原始值。

如何来解决ABA问题呢？

我们可以通过版本号或者时间戳来控制，比如数据原始的版本是1.0，处理后，我们把这个数据的版本改成变成2.0版本, 时间戳来控制也一样，

以Java为例，AtomicStampedReference这个类，它内部不仅维护了对象值，还维护了一个时间戳。

当AtomicStampedReference对应的数值被修改时，除了更新数据本身外，还必须要更新时间戳。

当AtomicStampedReference设置对象值时，对象值以及时间戳都必须满足期望值，写入才会成功。

因此，即使对象值被反复读写，写回原值，只要时间戳发生变化，就能防止不恰当的写入。

CAS的底层实现

Unsafe.cpp–>Atom::cmpxchg–>Atomic_linux_x86_inline.hpp–>调用了汇编的LOCK_IF_MP方法

Multiple_processor

lock cmpxchg

虽然cmpxchg指令不是原子的，但是加了lock指令后，则cmpxhg被上锁，不允许被打断。 在单核CPU中，无须加lock，在多核CPU中，必须加lock，可以参考stackoverflow上的这个回答:

is-x86-cmpxchg-atomic-if-so-why-does-it-need-lock

使用CAS好处

jdk早期是重量级别锁 ，通过0x80中断 进行用户态和内核态转换，所以效率比较低，有了CAS操作，大大提升了效率。

对象的内存布局(Hotspot实现)

使用jol查看一个对象的内存布局

我们可以通过jol包来查看一下某个对象的内存布局

引入jol依赖

<dependency>
  <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
  <artifactId>jol-core</artifactId>
  <version>0.15</version>
</dependency>

示例代码(ObjectModel.java)

public class ObjectModel {
    public static void main(String[] args) {
        T o = new T();
        String s = ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable();
        System.out.println(s);
    }
}
class  T{
     
}

配置VM参数，开启指针压缩

-XX:+UseCompressedClassPointers

运行结果如下：

OFF  SZ   TYPE DESCRIPTION               VALUE
  0   8        (object header: mark)     0x0000000000000005 (biasable; age: 0)
  8   4        (object header: class)    0x00067248
 12   4        (object alignment gap)    
Instance size: 16 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 4 bytes external = 4 bytes total

其中8个字节的markword

4个字节的类型指针，可以找到T.class

这里一共是12个字节， 由于字节数务必是8的整数倍，所以补上4个字节，共16个字节

我们修改一下T这个类

class  T{
    public int a = 3;
    public long b = 3l;
}

再次执行,可以看到结果是

OFF  SZ   TYPE DESCRIPTION               VALUE
  0   8        (object header: mark)     0x0000000000000005 (biasable; age: 0)
  8   4        (object header: class)    0x00067248
 12   4    int T.a                       3
 16   8   long T.b                       3
Instance size: 24 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 0 bytes external = 0 bytes total

其中多了4位表示int这个成员变量，多了8位表示long这个成员变量, 相加等于24，正好是8的整数倍，不需要补齐。

内存布局详细说明

object_model_of_hotspot

使用synchronized就是修改了对象的markword信息，markword中还记录了GC信息，Hashcode信息

锁升级过程

image.png

偏向锁

synchronized代码段多数时间是一个线程在运行，谁先来，这个就偏向谁，用当前线程标记一下。

轻量级锁（自旋锁，无锁）

偏向锁撤销，然后竞争，每个线程在自己线程栈中存一个LR（lock record）锁记录

偏向锁和轻量级锁都是用户空间完成的，重量级锁需要向操作系统申请。
两个线程争抢的方式将lock record的指针，指针指向哪个线程的LR，哪个线程就拿到锁，另外的线程用CAS的方式继续竞争

重量级锁

JVM的ObjectMonitor去操作系统申请。

如果发生异常，synchronized会自动释放锁

interpreteRuntime.cpp –> monitorenter

image.png

锁重入

synchronized是可重入锁
可重入次数必须记录，因为解锁需要对应可重入次数的记录
偏向锁：记录在线程栈中，每重入一次，LR+1，备份原来的markword
轻量级锁：类似偏向锁
重量级锁：记录在ObjectMonitor的一个字段中

自旋锁什么时候升级为重量级锁？

  • 有线程超过十次自旋
  • -XX：PreBlockSpin（jdk1.6之前）
  • 自旋的线程超过CPU核数一半
  • jdk1.6 以后，JVM自己控制

为什么有偏向锁启动和偏向锁未启动？

未启动：普通对象001
已启动：匿名偏向101

为什么有自旋锁还需要重量级锁？

因为自旋会占用CPU时间，消耗CPU资源，如果自旋的线程多，CPU资源会被消耗，所以会升级成重量级锁（队列）例如：ObjectMonitor里面的WaitSet，重量级锁会把线程都丢到WaitSet中冻结, 不需要消耗CPU资源

偏向锁是否一定比自旋锁效率高？

明确知道多线程的情况下，不一定。
因为偏向锁在多线程情况下，会涉及到锁撤销，这个时候直接使用自旋锁，JVM启动过程，会有很多线程竞争，比如启动的时候，肯定是多线程的，所以默认情况，启动时候不打开偏向锁，过一段时间再打开。
有一个参数可以配置：BiasedLockingStartupDelay默认是4s钟

偏向锁状态下，调用了wait方法，直接升级成重量级锁

一个线程拿20个对象进行加锁，批量锁的重偏向（20个对象），批量锁撤销（变成轻量级锁）（40个对象）， 通过Epoch中的值和对应的类对象里面记录的值比较。

synchronized

锁定对象

public class SynchronizedObject implements Runnable {
    static SynchronizedObject instance = new SynchronizedObject();
    final Object object = new Object();
    static volatile int i = 0;

    @Override
    public void run() {
        for (int j = 0; j < 1000000; j++) {
            // 任何线程要执行下面的代码，必须先拿到object的锁
            synchronized (object) {
                i++;
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(instance);
        Thread t2 = new Thread(instance);
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println(i);
    }
}

锁定方法

  • 锁定静态方法相当于锁定当前类
public class SynchronizedStatic implements Runnable {
    static SynchronizedStatic instance = new SynchronizedStatic();
    static volatile int i = 0;

    @Override
    public void run() {
        increase();
    }

    // 相当于synchronized(SynchronizedStatic.class)
    synchronized static void increase() {
        for (int j = 0; j < 1000000; j++) {
            i++;
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(instance);
        Thread t2 = new Thread(instance);
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println(i);
    }
}
  • 锁定非静态方法相当于锁定该对象的实例或synchronized(this)
public class SynchronizedMethod implements Runnable {
    static SynchronizedMethod instance = new SynchronizedMethod();
    static volatile int i = 0;

    @Override
    public void run() {
        increase();
    }
    void increase() {
        for (int j = 0; j < 1000000; j++) {
            // 任何线程要执行下面的代码，必须先拿到object的锁
            synchronized (this) {
                i++;
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(instance);
        Thread t2 = new Thread(instance);
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println(i);
    }
}

脏读

public class DirtyRead {
  String name;
  double balance;

  public static void main(String[] args) {
    DirtyRead a = new DirtyRead();
    Thread thread = new Thread(() -> a.set("zhangsan", 100.0));

    thread.start();
    try {
      TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }
    System.out.println(a.getBalance("zhangsan"));
    try {
      TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }
    System.out.println(a.getBalance("zhangsan"));
  }

  public synchronized void set(String name, double balance) {
    this.name = name;

    try {
      Thread.sleep(2000);
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }


    this.balance = balance;
  }

  // 如果get方法不加synchronized关键字，就会出现脏读情况
  public /*synchronized*/ double getBalance(String name) {
    return this.balance;
  }
}

其中的getBalance方法，如果不加synchronized，就会产生脏读的问题。

可重入锁

一个同步方法可以调用另外一个同步方法，
一个线程已经拥有某个对象的锁，再次申请的时候仍然会得到该对象的锁（可重入锁）
子类synchronized，如果调用父类的synchronize方法：super.method(),如果不可重入，直接就会死锁。

public class SynchronizedReentry implements Runnable {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        SynchronizedReentry myRun = new SynchronizedReentry();
        Thread thread = new Thread(myRun, "t1");
        Thread thread2 = new Thread(myRun, "t2");
        thread.start();
        thread2.start();
        System.in.read();

    }

    synchronized void m1(String content) {
        System.out.println(this);
        System.out.println("m1 get content is " + content);
        m2(content);
    }

    synchronized void m2(String content) {
        System.out.println(this);
        System.out.println("m2 get content is " + content);

    }

    @Override
    public void run() {
        m1(Thread.currentThread().getName());
    }
}

程序在执行过程中，如果出现异常，默认情况锁会被释放 ,所以，在并发处理的过程中，有异常要多加小心，不然可能会发生不一致的情况。比如，在一个web app处理过程中，多个servlet线程共同访问同一个资源，这时如果异常处理不合适， 在第一个线程中抛出异常，其他线程就会进入同步代码区，有可能会访问到异常产生时的数据。因此要非常小心的处理同步业务逻辑中的异常。

示例见：

SynchronizedException.java

synchronized的底层实现

在早期的JDK使用的是OS的重量级锁

后来的改进锁升级的概念：

synchronized (Object)

  • markword 记录这个线程ID （使用偏向锁）
  • 如果线程争用：升级为 自旋锁
  • 10次自旋以后，升级为重量级锁 – OS

所以：

  • 执行时间短（加锁代码），线程数少，用自旋
  • 执行时间长，线程数多，用系统锁

synchronized不能锁定String常量，Integer，Long等基础类型

见示例：

SynchronizedBasicType.java

如何模拟死锁

public class DeadLock implements Runnable {
  int flag = 1;
  static Object o1 = new Object();
  static Object o2 = new Object();

  public static void main(String[] args) {
    DeadLock lock = new DeadLock();
    DeadLock lock2 = new DeadLock();
    lock.flag = 1;
    lock2.flag = 0;
    Thread t1 = new Thread(lock);
    Thread t2 = new Thread(lock2);
    t1.start();
    t2.start();
  }

  @Override
  public void run() {
    System.out.println("flag = " + flag);
    if (flag == 1) {
      synchronized (o2) {
        try {
          Thread.sleep(500);
        } catch (InterruptedException e) {
          e.printStackTrace();
        }
        synchronized (o1) {
          System.out.println("1");
        }
      }
    }
    if (flag == 0) {
      synchronized (o1) {
        try {
          Thread.sleep(500);
        } catch (InterruptedException e) {
          e.printStackTrace();
        }

        synchronized (o2) {
          System.out.println("0");
        }
      }
    }
  }
}

volatile

  • 保持线程之间的可见性(不保证操作的原子性)，依赖这个MESI协议
  • 防止指令重排序，CPU的load fence和store fence原语支持

CPU原来执行指令一步一步执行，现在是流水线执行，编译以后可能会产生指令的重排序，这样可以提高性能

DCL为什么一定要加volatile？

DCL示例:

public class Singleton6 {
	private volatile static Singleton6 INSTANCE;

	private Singleton6() {
	}

	public static Singleton6 getInstance() {
		if (INSTANCE == null) {
			synchronized (Singleton6.class) {
				if (INSTANCE == null) {
					try {
						Thread.sleep(1);
					} catch (InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					}
					INSTANCE = new Singleton6();
				}
			}
		}
		return INSTANCE;
	}
}

在New对象的时候，编译完实际上是分了三步

  1. 对象申请内存，成员变量会被赋初始值
  2. 成员变量设为真实值
  3. 成员变量赋给对象

指令重排序可能会导致2和3进行指令重排，导致下一个线程拿到一个半初始化的对象，导致单例被破坏。所以DCL必须加Volitile

思维导图

processon

源码

Github

参考资料

多线程与高并发-马士兵

实战Java高并发程序设计(第2版)

深入浅出Java多线程

Java并发编程实战

【并发编程】MESI–CPU缓存一致性协议

【并发编程】细说并发编程的三大特性

设计模式学习笔记

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