怎么理解Java诡异并发中的有序性

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序、有序性的阐述

有序性为什么要探讨?因为 Java  是面向对象编程的，关注的只是最终结果，很少去研究其具体执行过程?正如上一篇文章在介绍可见性时描述的一样，操作系统为了提升性能，将 Java  语言转换成机器语言的时候，吩咐编译器对语句的执行顺序进行了一定的修改，以促使系统性能达到最优。所以在很多情况下，访问一个程序变量(对象实例字段，类静态字段和数组元素)可能会使用不同的顺序执行，而不是程序语义所指定的顺序执行。

正如大家所熟知那样，Java语言是运行在 Java 自带的 JVM(Java Virtual Machine)  环境中，在JVM环境中源代码(.class)的执行顺序与程序的执行顺序(runtime)不一致，或者程序执行顺序与编译器执行顺序不一致的情况下，我们就称程序执行过程中发生了重排序。

而编译器的这种修改是自以为能保证最终运行结果!因为在单核时代完全没问题;但是随着多核时代的到来，多线程的环境下，这种优化碰上线程切换就大大的增加了事故的出现几率!

好心办了坏事!

也就是说，有序性 指的是在代码顺序结构中，我们可以直观的指定代码的执行顺序,  即从上到下按序执行。但编译器和CPU处理器会根据自己的决策，对代码的执行顺序进行重新排序。优化指令的执行顺序，提升程序的性能和执行速度，使语句执行顺序发生改变，出现重排序，但最终结果看起来没什么变化(单核)。

有序性问题  指的是在多线程环境下(多核)，由于执行语句重排序后，重排序的这一部分没有一起执行完，就切换到了其它线程，导致的结果与预期不符的问题。这就是编译器的编译优化给并发编程带来的程序有序性问题。

用图示就是：

阿粉小结：编译优化最终导致了有序性问题。

一、导致有序性的原因：

如果一个线程写入值到字段 a，然后写入值到字段 b ，而且b的值不依赖于 a 的值，那么，处理器就能够自由的调整它们的执行顺序，而且缓冲区能够在 a  之前刷新b的值到主内存。此时就可能会出现有序性问题。

例子：

1import java.time.LocalDateTime;  2  3/**  4 * @author ：mmzsblog  5 * @description：并发中的有序性问题  6 * @date ：2020年2月26日 15:22:05  7 */  8public class OrderlyDemo {  9 10    static int value = 1; 11    private static boolean flag = false; 12 13    public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 14        for (int i = 0; i < 199; i++) { 15            value = 1; 16            flag = false; 17            Thread thread1 = new DisplayThread(); 18            Thread thread2 = new CountThread(); 19            thread1.start(); 20            thread2.start(); 21            System.out.println("========================================================="); 22            Thread.sleep(6000); 23        } 24    } 25 26    static class DisplayThread extends Thread { 27        @Override 28        public void run() { 29            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " DisplayThread begin, time:" + LocalDateTime.now()); 30            value = 1024; 31            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " change flag, time:" + LocalDateTime.now()); 32            flag = true; 33            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " DisplayThread end, time:" + LocalDateTime.now()); 34        } 35    } 36 37    static class CountThread extends Thread { 38        @Override 39        public void run() { 40            if (flag) { 41                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " value的值是：" + value + ", time:" + LocalDateTime.now()); 42                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " CountThread flag is true,  time:" + LocalDateTime.now()); 43            } else { 44                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " value的值是：" + value + ", time:" + LocalDateTime.now()); 45                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " CountThread flag is false, time:" + LocalDateTime.now()); 46            } 47        } 48    } 49}

运行结果：

从打印的可以看出：在 DisplayThread 线程执行的时候肯定是发生了重排序，导致先为 flag 赋值，然后切换到 CountThread  线程，这才出现了打印的 value 值是1，falg 值是 true 的情况，再为 value  赋值;不过出现这种情况的原因就是这两个赋值语句之间没有联系，所以编译器在进行代码编译的时候就可能进行指令重排序。

用图示，则为：

二、如何解决有序性

2.1、volatile

volatile 的底层是使用内存屏障来保证有序性的(让一个 CPU 缓存中的状态(变量)对其他 CPU  缓存可见的一种技术)。

volatile 变量有条规则是指对一个 volatile 变量的写操作， Happens-Before于后续对这个 volatile  变量的读操作。并且这个规则具有传递性，也就是说：

此时，我们定义变量 flag 时使用 volatile 关键字修饰，如：

1    private static volatile boolean flag = false;

此时，变量的含义是这样子的：

也就是说，只要读取到 flag=true; 就能读取到 value=1024;否则就是读取到flag=false; 和 value=1  的还没被修改过的初始状态;

但也有可能会出现线程切换带来的原子性问题，就是读取到 flag=false; 而value=1024  的情况;看过上一篇讲述[原子性]()的文章的小伙伴，可能就立马明白了，这是线程切换导致的。

2.2、加锁

此处我们直接采用Java语言内置的关键字  synchronized，为可能会重排序的部分加锁，让其在宏观上或者说执行结果上看起来没有发生重排序。

代码修改也很简单，只需用 synchronized 关键字修饰 run 方法即可,代码如下:

1    public synchronized void run() { 2        value = 1024; 3        flag = true; 4    }

同理，既然是加锁，当然也可以使用 Lock 加锁，但 Lock  必须要用户去手动释放锁，如果没有主动释放锁，就有可能导致出现死锁现象。这点在使用的时候一定要注意!

使用该种方式加锁也很简单，代码如下：

1    readWriteLock.writeLock().lock(); 2    try { 3        value = 1024; 4        flag = true; 5    } finally { 6        readWriteLock.writeLock().unlock(); 7    }

到此，关于“怎么理解Java诡异并发中的有序性”的学习就结束了，希望能够解决大家的疑惑。理论与实践的搭配能更好的帮助大家学习，快去试试吧！若想继续学习更多相关知识，请继续关注创新互联网站，小编会继续努力为大家带来更多实用的文章！