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JAVA进阶之线程

news 来源：原创 2025/5/14 3:19:42

为神马有线程？这玩意儿在干嘛？？？

回答这个问题，就先要知道一点点计算机的工作方式。

总所周知，计算机有五部分：输入输出、计算器、存储器、控制器。而在计算机内，CPU、内存、I/O之间的运行速度差别十分巨大，因此，为了使这几部分速度平衡、使计算机整体协调起来、提升性能，计算机分别在软硬件上做了努力：

CPU增加缓存，以调节与内存的速度差异（可见性）；操作系统增加进程、线程，分时使用CPU（原子性）；编译器优化了程序的执行次序指令，使得缓存能够更加合理使用（时序性）

由此可见，多线程实际上是在更有效地利用CPU的资源、使得程序运行更流畅

线程不安全示例

import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;public class ThreadUnsafeExample {
/*** 线程不安全的实例* **/private int cnt = 0;public void add() {cnt++;}public int get() {return cnt;}public static void main(String[] args) throws InterruptedException {final int threadSize = 1000;ThreadUnsafeExample example = new ThreadUnsafeExample();final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(threadSize);ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();for (int i = 0; i < threadSize; i++) {executorService.execute(() -> {example.add();countDownLatch.countDown();});}countDownLatch.await();executorService.shutdown();System.out.println(example.get());}}

可见，以上几次的运行结果都不相同，这是由于几个线程对共享数据进行操作时是不同步的

继续深入问：以上问题（并发出现问题）的根源是什莫？

** **引出一些概念:**并行与并发不是同一个意思

并行是说进程在同时运行（多在单核CPU环境下）、并发是指一次只进行一个进程

**再引出一些概念：进程、线程、协程间的区别

进程：某个程序对于某个数据集合的一次活动，是操作系统进行资源分配、调度的最小单位，每个进程有自己独立的内存空间，不同的进程间会进行通信

线程：进程的实体，比进程“更小”CPU进行分配的最小单位，其本身不占有系统资源，但和同属于一个进程的其他线程共享进程的资源

协程：

更小，一种用户态的轻量级线程

进程多与线程比较（搜）

线程是指进程内的一个执行单元,也是进程内的可调度实体。线程与进程的区别:

地址空间:线程是进程内的一个执行单元，进程内至少有一个线程，它们共享进程的地址空间，而进程有自己独立的地址空间
资源拥有:进程是资源分配和拥有的单位,同一个进程内的线程共享进程的资源
线程是处理器调度的基本单位,但进程不是
二者均可并发执行

5)每个独立的线程有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序的出口，但是线程不能够独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制

2、协程多与线程进行比较

一个线程可以有多个协程，一个进程也可以单独拥有多个协程，
线程进程都是同步机制，而协程则是异步

3)协程能保留上一次调用时的状态，每次过程重入时，就相当于进入上一次调用的状态

回到刚才的问题上：并发问题的根源

1.可见性

当一个线程对共享变量进行修改，另一个线程应该立刻看到

//线程1执行的代码
int i = 0;
i = 10;//线程2执行的代码
j = i;
在这个例子中，加入CPU1执行线程1，CPU2执行线程2，
当线程1执行 i =10这句时，会先把i的初始值加载到CPU1的高速缓存中，
然后赋值为10，那么在CPU1的高速缓存当中i的值变为10了，却没有立即写入到主存当中。此时线程2执行 j = i，它会先去主存读取i的值并加载到CPU2的缓存当中，
注意此时内存当中i的值还是0，那么就会使得j的值为0，而不是10.这就是可见性问题，线程1对变量i修改了之后，线程2没有立即看到线程1修改的值。

原子性：

即一个操作或者多个操作要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断，要么就都不执行。

经典的转账问题：比如从账户A向账户B转1000元，那么必然包括2个操作：从账户A减去1000元，往账户B加上1000元。

试想一下，如果这2个操作不具备原子性，会造成什么样的后果。假如从账户A减去1000元之后，操作突然中止。然后又从B取出了500元，取出500元之后，再执行往账户B加上1000元的操作。这样就会导致账户A虽然减去了1000元，但是账户B没有收到这个转过来的1000元。

所以这2个操作必须要具备原子性才能保证不出现一些意外的问题。

有序性：

有序性：即程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。举个简单的例子，看下面这段代码：

int i = 0;              
boolean flag = false;
i = 1;                //语句1  
flag = true;          //语句2

上面代码定义了一个int型变量，定义了一个boolean类型变量，然后分别对两个变量进行赋值操作。从代码顺序上看，语句1是在语句2前面的，那么JVM在真正执行这段代码的时候会保证语句1一定会在语句2前面执行吗不一定，为什么呢这里可能会发生指令重排序（Instruction Reorder）。

在执行程序时为了提高性能，编译器和处理器常常会对指令做重排序。重排序分三种类型：

编译器优化的重排序。编译器在不改变单线程程序语义的前提下，可以重新安排语句的执行顺序。
指令级并行的重排序。现代处理器采用了指令级并行技术（Instruction-Level Parallelism， ILP）来将多条指令重叠执行。如果不存在数据依赖性，处理器可以改变语句对应机器指令的执行顺序。
内存系统的重排序。由于处理器使用缓存和读 / 写缓冲区，这使得加载和存储操作看上去可能是在乱序执行。

从 java 源代码到最终实际执行的指令序列，会分别经历下面三种重排序：

上述的 1 属于编译器重排序，2 和 3 属于处理器重排序。这些重排序都可能会导致多线程程序出现内存可见性问题。对于编译器，JMM 的编译器重排序规则会禁止特定类型的编译器重排序（不是所有的编译器重排序都要禁止）。对于处理器重排序，JMM 的处理器重排序规则会要求 java 编译器在生成指令序列时，插入特定类型的内存屏障（memory barriers，intel 称之为 memory fence）指令，通过内存屏障指令来禁止特定类型的处理器重排序（不是所有的处理器重排序都要禁止）。

有序性：

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