化繁为简：一文读懂 JAVA 并发中的有序性问题和解决之道
2023-11-09 12:30:09
Java 并发中的有序性问题
原子性和可见性：并发编程中的关键概念
在 Java 并发编程中，有序性是一个至关重要的概念，它确保了多个线程同时执行时，操作的顺序与预期的一致。有序性问题主要体现在原子性和可见性两个方面。
原子性
原子性指的是操作作为一个不可分割的整体执行，不会被其他线程中断。例如，对变量进行自增操作应该是一个原子操作，否则可能会导致变量值的不一致。如果没有适当的措施，多个线程同时对同一个变量进行自增操作，可能会错误地将变量值增加两次。
可见性
可见性指的是当一个线程修改了共享变量的值后，其他线程可以立即看到修改后的值。如果没有采取适当的措施，当一个线程修改了变量的值，另一个线程读取该变量时，可能会读取到旧的值。
解决有序性问题
为了解决 Java 并发中的有序性问题，Java 提供了多种机制：
**volatile **
volatile 关键字可以保证变量的可见性，当一个线程修改了 volatile 变量的值，其他线程可以立即看到修改后的值。
synchronized 关键字
synchronized 关键字可以保证变量的原子性，当一个线程访问 synchronized 块时，其他线程无法同时访问该块。
Lock 接口
Lock 接口提供了更细粒度的锁机制，可以对共享资源进行更精细的控制。
原子类
Java 提供了 AtomicInteger、AtomicLong 等原子类，这些类可以保证变量的原子性。
案例分析
为了更好地理解有序性问题及其解决方法，我们来看一个实际案例：
public class IncrementThread extends Thread {
private int i;
public IncrementThread(int i) {
this.i = i;
}
@Override
public void run() {
for (int j = 0; j < 100000; j++) {
i++;
}
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
IncrementThread thread1 = new IncrementThread(0);
IncrementThread thread2 = new IncrementThread(0);
thread1.start();
thread2.start();
try {
thread1.join();
thread2.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(thread1.i + thread2.i);
}
}
运行这段代码，我们会发现 i 的值经常小于 200000，这是因为两个线程同时对 i 进行自增操作，导致 i 的值被错误地增加了两次。
为了解决这个问题，我们可以使用 volatile 关键字来保证 i 的可见性：
public class IncrementThread extends Thread {
private volatile int i;
public IncrementThread(int i) {
this.i = i;
}
@Override
public void run() {
for (int j = 0; j < 100000; j++) {
i++;
}
}
}
再次运行这段代码，我们会发现 i 的值总是等于 200000，这是因为 volatile 关键字保证了 i 的可见性，当一个线程修改了 i 的值，其他线程可以立即看到修改后的值。
结论
Java 并发中的有序性问题至关重要，在使用多线程时，必须充分理解并解决这些问题，才能确保程序的正确性和可靠性。通过使用 volatile、synchronized 和原子类等机制，我们可以有效地保证操作的顺序和共享变量的正确性，从而构建出高效且安全的并发程序。
常见问题解答
-
什么是 Java 中的可见性问题？
可见性问题是指当一个线程修改了共享变量的值后，其他线程可能无法及时看到修改后的值。 -
如何解决 Java 中的原子性问题？
可以使用 synchronized 关键字或 Lock 接口来解决 Java 中的原子性问题。 -
volatile 关键字如何保证变量的可见性？
volatile 关键字会将变量标记为“易失性”变量，JVM 会在每个读取或写入 volatile 变量时刷新缓存，确保所有线程都能看到最新的变量值。 -
Lock 接口与 synchronized 关键字有什么区别？
Lock 接口提供了更细粒度的锁机制，可以对共享资源进行更精细的控制，而 synchronized 关键字只能对整个方法或代码块进行加锁。 -
原子类有哪些优势？
原子类提供了对变量进行原子操作的便捷方式，避免了使用 synchronized 关键字或 Lock 接口带来的开销和复杂性。
