安卓筆記俠

//線程1執(zhí)行的代碼
int i = 0;
i = 10;
 
//線程2執(zhí)行的代碼
j = i;

假若執(zhí)行線程1的是CPU1，執(zhí)行線程2的是CPU2。由上面的分析可知，當(dāng)線程1執(zhí)行 i =10這句時(shí)，會(huì)先把i的初始值加載到CPU1的高速緩存中，然后賦值為10，那么在CPU1的高速緩存當(dāng)中i的值變?yōu)?0了，卻沒(méi)有立即寫(xiě)入到主存當(dāng)中。

此時(shí)線程2執(zhí)行 j = i，它會(huì)先去主存讀取i的值并加載到CPU2的緩存當(dāng)中，注意此時(shí)內(nèi)存當(dāng)中i的值還是0，那么就會(huì)使得j的值為0，而不是10.

這就是可見(jiàn)性問(wèn)題，線程1對(duì)變量i修改了之后，線程2沒(méi)有立即看到線程1修改的值。

int i = 0;              
boolean flag = false;
i = 1;                //語(yǔ)句1  
flag = true;          //語(yǔ)句2

上面代碼定義了一個(gè)int型變量，定義了一個(gè)boolean類型變量，然后分別對(duì)兩個(gè)變量進(jìn)行賦值操作。從代碼順序上看，語(yǔ)句1是在語(yǔ)句2前面的，那么JVM在真正執(zhí)行這段代碼的時(shí)候會(huì)保證語(yǔ)句1一定會(huì)在語(yǔ)句2前面執(zhí)行嗎？不一定，為什么呢？這里可能會(huì)發(fā)生指令重排序（Instruction Reorder）。

下面解釋一下什么是指令重排序，一般來(lái)說(shuō)，處理器為了提高程序運(yùn)行效率，可能會(huì)對(duì)輸入代碼進(jìn)行優(yōu)化，它不保證程序中各個(gè)語(yǔ)句的執(zhí)行先后順序同代碼中的順序一致，但是它會(huì)保證程序最終執(zhí)行結(jié)果和代碼順序執(zhí)行的結(jié)果是一致的。

比如上面的代碼中，語(yǔ)句1和語(yǔ)句2誰(shuí)先執(zhí)行對(duì)最終的程序結(jié)果并沒(méi)有影響，那么就有可能在執(zhí)行過(guò)程中，語(yǔ)句2先執(zhí)行而語(yǔ)句1后執(zhí)行。

int a = 10;    //語(yǔ)句1
int r = 2;    //語(yǔ)句2
a = a + 3;    //語(yǔ)句3
r = a*a;     //語(yǔ)句4

這段代碼有4個(gè)語(yǔ)句，那么可能的一個(gè)執(zhí)行順序是： 語(yǔ)句2   語(yǔ)句1   語(yǔ)句3  語(yǔ)句4   

那么可不可能是這個(gè)執(zhí)行順序呢： 語(yǔ)句2   語(yǔ)句1    語(yǔ)句4   語(yǔ)句3

不可能，因?yàn)樘幚砥髟谶M(jìn)行重排序時(shí)是會(huì)考慮指令之間的數(shù)據(jù)依賴性，如果一個(gè)指令I(lǐng)nstruction 2必須用到Instruction 1的結(jié)果，那么處理器會(huì)保證Instruction 1會(huì)在Instruction 2之前執(zhí)行。

//線程1:
context = loadContext();   //語(yǔ)句1
inited = true;             //語(yǔ)句2
 
//線程2:
while(!inited ){
  sleep()
}
doSomethingwithconfig(context);

上面代碼中，由于語(yǔ)句1和語(yǔ)句2沒(méi)有數(shù)據(jù)依賴性，因此可能會(huì)被重排序。假如發(fā)生了重排序，在線程1執(zhí)行過(guò)程中先執(zhí)行語(yǔ)句2，而此是線程2會(huì)以為初始化工作已經(jīng)完成，那么就會(huì)跳出while循環(huán)，去執(zhí)行doSomethingwithconfig(context)方法，而此時(shí)context并沒(méi)有被初始化，就會(huì)導(dǎo)致程序出錯(cuò)。

先看一段代碼，假如線程1先執(zhí)行，線程2后執(zhí)行： 

//線程1
boolean stop = false;
while(!stop){
    doSomething();
}

//線程2
stop = true;

很多人在中斷線程時(shí)可能都會(huì)采用這種標(biāo)記辦法。但是事實(shí)上，這段代碼會(huì)完全運(yùn)行正確么？即一定會(huì)將線程中斷么？不一定，也許在大多數(shù)時(shí)候，這個(gè)代碼能夠把線程中斷，但是也有可能會(huì)導(dǎo)致無(wú)法中斷線程（雖然這個(gè)可能性很小，但是只要一旦發(fā)生這種情況就會(huì)造成死循環(huán)了）。 
為何有可能導(dǎo)致無(wú)法中斷線程？每個(gè)線程在運(yùn)行過(guò)程中都有自己的工作內(nèi)存，那么線程1在運(yùn)行的時(shí)候，會(huì)將stop變量的值拷貝一份放在自己的工作內(nèi)存當(dāng)中。那么當(dāng)線程2更改了stop變量的值之后，但是還沒(méi)來(lái)得及寫(xiě)入主存當(dāng)中，線程2轉(zhuǎn)去做其他事情了，那么線程1由于不知道線程2對(duì)stop變量的更改，因此還會(huì)一直循環(huán)下去。 

public class Test {
    public volatile int inc = 0;
     
    public void increase() {
        inc++;
    }
     
    public static void main(String[] args) {
        final Test test = new Test();
        for(int i=0;i<10;i++){
            new Thread(){
                public void run() {
                    for(int j=0;j<1000;j++)
                        test.increase();
                };
            }.start();
        }
         
        while(Thread.activeCount()>1)  //保證前面的線程都執(zhí)行完
            Thread.yield();
        System.out.println(test.inc);
    }
}

這段代碼每次運(yùn)行結(jié)果都不一致，都是一個(gè)小于10000的數(shù)字，在前面已經(jīng)提到過(guò)，自增操作是不具備原子性的，它包括讀取變量的原始值、進(jìn)行加1操作、寫(xiě)入工作內(nèi)存。那么就是說(shuō)自增操作的三個(gè)子操作可能會(huì)分割開(kāi)執(zhí)行。 
假如某個(gè)時(shí)刻變量inc的值為10，線程1對(duì)變量進(jìn)行自增操作，線程1先讀取了變量inc的原始值，然后線程1被阻塞了；然后線程2對(duì)變量進(jìn)行自增操作，線程2也去讀取變量inc的原始值，由于線程1只是對(duì)變量inc進(jìn)行讀取操作，而沒(méi)有對(duì)變量進(jìn)行修改操作，所以不會(huì)導(dǎo)致線程2的工作內(nèi)存中緩存變量inc的緩存行無(wú)效，所以線程2會(huì)直接去主存讀取inc的值，發(fā)現(xiàn)inc的值時(shí)10，然后進(jìn)行加1操作，并把11寫(xiě)入工作內(nèi)存，最后寫(xiě)入主存。然后線程1接著進(jìn)行加1操作，由于已經(jīng)讀取了inc的值，注意此時(shí)在線程1的工作內(nèi)存中inc的值仍然為10，所以線程1對(duì)inc進(jìn)行加1操作后inc的值為11，然后將11寫(xiě)入工作內(nèi)存，最后寫(xiě)入主存。那么兩個(gè)線程分別進(jìn)行了一次自增操作后，inc只增加了1。 
自增操作不是原子性操作，而且volatile也無(wú)法保證對(duì)變量的任何操作都是原子性的。

public class Test {
    public  int inc = 0;
    
    public synchronized void increase() {
        inc++;
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        final Test test = new Test();
        for(int i=0;i<10;i++){
            new Thread(){
                public void run() {
                    for(int j=0;j<1000;j++)
                        test.increase();
                };
            }.start();
        }
        
        while(Thread.activeCount()>1)  //保證前面的線程都執(zhí)行完
            Thread.yield();
        System.out.println(test.inc);
    }
}

public class Test {
    public  int inc = 0;
    Lock lock = new ReentrantLock();
    
    public  void increase() {
        lock.lock();
        try {
            inc++;
        } finally{
            lock.unlock();
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        final Test test = new Test();
        for(int i=0;i<10;i++){
            new Thread(){
                public void run() {
                    for(int j=0;j<1000;j++)
                        test.increase();
                };
            }.start();
        }
        
        while(Thread.activeCount()>1)  //保證前面的線程都執(zhí)行完
            Thread.yield();
        System.out.println(test.inc);
    }
}

public class Test {
    public  AtomicInteger inc = new AtomicInteger();
     
    public  void increase() {
        inc.getAndIncrement();
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        final Test test = new Test();
        for(int i=0;i<10;i++){
            new Thread(){
                public void run() {
                    for(int j=0;j<1000;j++)
                        test.increase();
                };
            }.start();
        }
        
        while(Thread.activeCount()>1)  //保證前面的線程都執(zhí)行完
            Thread.yield();
        System.out.println(test.inc);
    }
}

可能上面說(shuō)的比較繞，舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子:

//x、y為非volatile變量
//flag為volatile變量
x = 2;        //語(yǔ)句1
y = 0;        //語(yǔ)句2
flag = true;  //語(yǔ)句3
x = 4;         //語(yǔ)句4
y = -1;       //語(yǔ)句5

由于flag變量為volatile變量，那么在進(jìn)行指令重排序的過(guò)程的時(shí)候，不會(huì)將語(yǔ)句3放到語(yǔ)句1、語(yǔ)句2前面，也不會(huì)講語(yǔ)句3放到語(yǔ)句4、語(yǔ)句5后面。但是要注意語(yǔ)句1和語(yǔ)句2的順序、語(yǔ)句4和語(yǔ)句5的順序是不作任何保證的。

并且volatile關(guān)鍵字能保證，執(zhí)行到語(yǔ)句3時(shí)，語(yǔ)句1和語(yǔ)句2必定是執(zhí)行完畢了的，且語(yǔ)句1和語(yǔ)句2的執(zhí)行結(jié)果對(duì)語(yǔ)句3、語(yǔ)句4、語(yǔ)句5是可見(jiàn)的。

=================================================
那么我們回到前面舉的一個(gè)例子：

//線程1:
context = loadContext();   //語(yǔ)句1
inited = true;             //語(yǔ)句2
//線程2:
while(!inited ){
  sleep()
}
doSomethingwithconfig(context);

前面舉這個(gè)例子的時(shí)候，提到有可能語(yǔ)句2會(huì)在語(yǔ)句1之前執(zhí)行，那么久可能導(dǎo)致context還沒(méi)被初始化，而線程2中就使用未初始化的context去進(jìn)行操作，導(dǎo)致程序出錯(cuò)。

這里如果用volatile關(guān)鍵字對(duì)inited變量進(jìn)行修飾，就不會(huì)出現(xiàn)這種問(wèn)題了，因?yàn)楫?dāng)執(zhí)行到語(yǔ)句2時(shí)，必定能保證context已經(jīng)初始化完畢。

第一個(gè)條件就是不能是自增自減等操作，上文已經(jīng)提到volatile不保證原子性。 
第二個(gè)條件我們來(lái)舉個(gè)例子它包含了一個(gè)不變式 ：下界總是小于或等于上界

public class NumberRange {
    private volatile int lower, upper;
    public int getLower() { return lower; }
    public int getUpper() { return upper; }
    public void setLower(int value) { 
        if (value > upper) 
            throw new IllegalArgumentException(...);
        lower = value;
    }
    public void setUpper(int value) { 
        if (value < lower) 
            throw new IllegalArgumentException(...);
        upper = value;
    }
}

這種方式限制了范圍的狀態(tài)變量，因此將 lower 和 upper 字段定義為 volatile 類型不能夠充分實(shí)現(xiàn)類的線程安全，從而仍然需要使用同步。否則，如果湊巧兩個(gè)線程在同一時(shí)間使用不一致的值執(zhí)行 setLower 和 setUpper 的話，則會(huì)使范圍處于不一致的狀態(tài)。例如，如果初始狀態(tài)是 (0, 5)，同一時(shí)間內(nèi)，線程 A 調(diào)用 setLower(4) 并且線程 B 調(diào)用 setUpper(3)，顯然這兩個(gè)操作交叉存入的值是不符合條件的，那么兩個(gè)線程都會(huì)通過(guò)用于保護(hù)不變式的檢查，使得最后的范圍值是 (4, 3)，這顯然是不對(duì)的。 

volatile boolean shutdownRequested;
...
public void shutdown()
 { 
 shutdownRequested = true;
  }
public void doWork() { 
    while (!shutdownRequested) { 
        // do stuff
    }
}

很可能會(huì)從循環(huán)外部調(diào)用 shutdown() 方法 —— 即在另一個(gè)線程中 —— 因此，需要執(zhí)行某種同步來(lái)確保正確實(shí)現(xiàn) shutdownRequested 變量的可見(jiàn)性。然而，使用 synchronized 塊編寫(xiě)循環(huán)要比使用volatile 狀態(tài)標(biāo)志編寫(xiě)麻煩很多。由于 volatile 簡(jiǎn)化了編碼，并且狀態(tài)標(biāo)志并不依賴于程序內(nèi)任何其他狀態(tài)，因此此處非常適合使用 volatile。

public class Singleton {  
    private volatile static Singleton instance = null;  
    public static Singleton getInstance() {  
        if (instance == null) {  
            synchronized(this) {  
                if (instance == null) {  
                    instance = new Singleton();  
                }  
            }  
        }  
        return instance;  
    }  
}  

在這里使用volatile會(huì)或多或少的影響性能，但考慮到程序的正確性，犧牲這點(diǎn)性能還是值得的。 
DCL優(yōu)點(diǎn)是資源利用率高，第一次執(zhí)行g(shù)etInstance時(shí)單例對(duì)象才被實(shí)例化，效率高。缺點(diǎn)是第一次加載時(shí)反應(yīng)稍慢一些，在高并發(fā)環(huán)境下也有一定的缺陷，雖然發(fā)生的概率很小。 
DCL雖然在一定程度解決了資源的消耗和多余的同步，線程安全等問(wèn)題，但是他還是在某些情況會(huì)出現(xiàn)失效的問(wèn)題，也就是DCL失效，在《java并發(fā)編程實(shí)踐》一書(shū)建議用以下的代碼(靜態(tài)內(nèi)部類單例模式）來(lái)替代DCL：

public class Singleton { 
    private Singleton(){
    }
      public static Singleton getInstance(){  
        return SingletonHolder.sInstance;  
    }  
    private static class SingletonHolder {  
        private static final Singleton sInstance = new Singleton();  
    }  
}