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本篇內(nèi)容介紹了“Java指令重排在多線程環(huán)境下怎么解決”的有關(guān)知識(shí),在實(shí)際案例的操作過(guò)程中,不少人都會(huì)遇到這樣的困境,接下來(lái)就讓小編帶領(lǐng)大家學(xué)習(xí)一下如何處理這些情況吧!希望大家仔細(xì)閱讀,能夠?qū)W有所成!
指令重排在單線程環(huán)境下有利于提高程序的執(zhí)行效率,不會(huì)對(duì)程序產(chǎn)生負(fù)面影響;在多線程環(huán)境下,指令重排會(huì)給程序帶來(lái)意想不到的錯(cuò)誤。
下面給出一個(gè)能夠百分之百?gòu)?fù)原指令重排的例子。
public class D { static Integer a; static Boolean flag; public static void writer() { a = 1; flag = true; } public static void reader() { if (flag != null && flag) { System.out.println(a); a = 0; flag = false; } } }
reader
方法僅在flag
變量為true時(shí)向控制臺(tái)打印變量a
的值。
writer
方法先執(zhí)行變量a
的賦值操作,后執(zhí)行變量flag
的賦值操作。
如果按照上述分析邏輯,那么控制臺(tái)打印的結(jié)果一定全為1。
假如代碼未發(fā)生指令重排,那么當(dāng)flag
變量為true時(shí),變量a
一定為1。
上述代碼中關(guān)于變量a
和變量flag
在兩個(gè)方法類均存在指令重排的情況。
public static void writer() { a = 1; flag = true; }
通過(guò)觀察日志輸出,發(fā)現(xiàn)有大量的0輸出。
當(dāng)writer
方法內(nèi)部發(fā)生指令重排時(shí),flag
變量先完成賦值,此時(shí)假如當(dāng)前線程發(fā)生中斷,其它線程在調(diào)用reader
方法,檢測(cè)到flag
變量為true,那么便打印變量a
的值。此時(shí)控制臺(tái)存在超出期望值的結(jié)果。
使用關(guān)鍵字new創(chuàng)建對(duì)象時(shí),因其非原子操作,故存在指令重排,指令重排在多線程環(huán)境下會(huì)帶來(lái)負(fù)面影響。
public class Singleton { private static UserModel instance; public static UserModel getInstance() { if (instance == null) { synchronized (Singleton.class) { if (instance == null) { instance = new UserModel(2, "B"); } } } return instance; } } @Data @AllArgsConstructor class UserModel { private Integer userId; private String userName; }
使用關(guān)鍵字new創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象,大致分為一下過(guò)程:
在??臻g創(chuàng)建引用地址
以類文件為模版在堆空間對(duì)象分配內(nèi)存
成員變量初始化
使用構(gòu)造函數(shù)初始化
將引用值賦值給左側(cè)存儲(chǔ)變量
針對(duì)上述示例,假設(shè)第一個(gè)線程進(jìn)入synchronized代碼塊,并開(kāi)始創(chuàng)建對(duì)象,由于重排序存在,正常的創(chuàng)建對(duì)象過(guò)程被打亂,可能會(huì)出現(xiàn)在??臻g創(chuàng)建引用地址后,將引用值賦值給左側(cè)存儲(chǔ)變量,隨后因CPU調(diào)度時(shí)間片耗盡而產(chǎn)生中斷的情況。
后續(xù)線程在檢測(cè)到instance
變量不為空,則直接使用。因?yàn)閱卫龑?duì)象并為實(shí)例化完成,直接使用會(huì)帶來(lái)意想不到的結(jié)果。
使用原子類將一組相關(guān)聯(lián)的變量封裝成一個(gè)對(duì)象,利用原子操作的特性,有效回避指令重排問(wèn)題。
@Data @NoArgsConstructor @AllArgsConstructor public class ValueModel { private Integer value; private Boolean flag; }
原子類應(yīng)該是解決多線程環(huán)境下指令重排的首選方案,不僅通俗易懂,而且線程間使用的非重量級(jí)互斥鎖,效率相對(duì)較高。
public class E { private static final AtomicReference<ValueModel> ar = new AtomicReference<>(new ValueModel()); public static void writer() { ar.set(new ValueModel(1, true)); } public static void reader() { ValueModel valueModel = ar.get(); if (valueModel.getFlag() != null && valueModel.getFlag()) { System.out.println(valueModel.getValue()); ar.set(new ValueModel(0, false)); } } }
當(dāng)一組相關(guān)聯(lián)的變量發(fā)生指令重排時(shí),使用原子操作類是比較優(yōu)的解法。
public class Singleton { private volatile static UserModel instance; public static UserModel getInstance() { if (instance == null) { synchronized (Singleton.class) { if (instance == null) { instance = new UserModel(2, "B"); } } } return instance; } } @Data @AllArgsConstructor class UserModel { private Integer userId; private String userName; }
指令重排不僅限于Java程序,實(shí)際上各種編譯器均有指令重排的操作,從軟件到CPU硬件都有。指令重排是對(duì)單線程執(zhí)行的程序的一種性能優(yōu)化,需要明確的是,指令重排在單線程環(huán)境下,不會(huì)改變順序程序執(zhí)行的預(yù)期結(jié)果。
上面討論了兩種典型多線程環(huán)境下指令重排,分析其帶來(lái)負(fù)面影響,并分別提供了應(yīng)對(duì)方式。
對(duì)于關(guān)聯(lián)變量,先封裝成一個(gè)對(duì)象,然后使用原子類來(lái)操作
對(duì)于new對(duì)象,使用volatile關(guān)鍵字修飾目標(biāo)對(duì)象即可
synchronized鎖通過(guò)互斥鎖,有序的保證線程訪問(wèn)特定的代碼塊。代碼塊內(nèi)部的代碼正常按照編譯器執(zhí)行的策略重排序。
盡管synchronized鎖能夠回避多線程環(huán)境下重排序帶來(lái)的不利影響,但是互斥鎖帶來(lái)的線程開(kāi)銷相對(duì)較大,不推薦使用。
synchronized 塊里的非原子操作依舊可能發(fā)生指令重排
“Java指令重排在多線程環(huán)境下怎么解決”的內(nèi)容就介紹到這里了,感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業(yè)相關(guān)的知識(shí)可以關(guān)注億速云網(wǎng)站,小編將為大家輸出更多高質(zhì)量的實(shí)用文章!
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