应用开发2025-10-03 15:25:346361

诡异并发三大恶人之有序性

上一节阿粉我和大家一起打到了并发中的诡异恶人可见性和原子性，这一节我们继续讨伐三恶之一的大恶有序性。

序、有序有序性的诡异阐述

有序性为什么要探讨?因为 Java 是面向对象编程的，关注的大恶只是最终结果，很少去研究其具体执行过程?有序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，诡异将 Java 语言转换成机器语言的大恶时候，吩咐编译器对语句的有序执行顺序进行了一定的修改，以促使系统性能达到最优。诡异所以在很多情况下，大恶访问一个程序变量(对象实例字段，有序类静态字段和数组元素)可能会使用不同的诡异顺序执行，而不是大恶程序语义所指定的顺序执行。

正如大家所熟知那样，有序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网站模板执行顺序(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)。

有序性问题指的云服务器提供商是在多线程环境下(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的站群服务器值是：" + 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 }

好了，以上内容就是我对并发中的有序性的一点理解与总结了，通过这三篇文章我们也就大致掌握了并发中常见的可见性、有序性、原子性问题以及它们常见的解决方案。

最后

阿粉简单总结下三篇文章文章中使用的解决方案之间的区别：

References

[1]: https://juejin.im/post/5d52abd1e51d4561e6237124

[2]: https://juejin.im/post/5d89fd1bf265da03e71b3605

[3]: https://www.cnblogs.com/54chensongxia/p/12120117.html

[4]: http://ifeve.com/jmm-faq-reordering/

相关文章