ThreadLocal的使用

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3月 052020
 
一、ThreadLocal的作用

  ThreadLocal也是用作保证线程安全的一种方式,与平常我们所说的线程安全的方式不同,ThreadLocal是对每个线程都保存一份数据来保证多个线程不会同时使用这个数据。

  也许你会说,那我在线程里定义一个这样的数据变量不就可以了?如果你只是定义一个线程类,而运行该线程类的多个实例,当然是可以的。

  ThreadLocal是可以用在一个程序中的所有线程中,比如主线程和子线程同时使用这个变量(这听起来有点像单例的场景)。

  在Android中比较典型的应用就是Looper了,看Looper池的定义

  看ThreadLocal<Looper>是定义成了静态变量了

二、ThreadLocal的方法

  ThreadLocal支持泛型,一共有如下三个方法

  • set
  • get
  • remove

  根据函数的名字我们很容易知道他们的作用,这里就不再介绍了

三、其他高级用法

  可以和软引用配合使用,以节省内存的使用

 Posted by on 2020-03-05

关于java中移位操作效率测试一例

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9月 062019
 

此场景通常是用在网络通讯中,解决数据头的时候

一般我们会约定头两个字节为某个固定值用于判断是否是有效的数据

如下代码中我们用两种方法做对比,一种是用移位操作将字节头换成int型然后比如

一种是把byte数组中的每一位进行比较

通过比较对比,比较byte数组中的每一位速度会更快。

下面是测试结果:

 

 Posted by on 2019-09-06
9月 052019
 
一、饿汉模式

饿汉模式在声明静态内部对象时就创建该对象,就是不管在程序中是否用到这个静态对象都会创建它,对于不一定会使用该对象的程序是一种资源的浪费,代码如下:

因为饿汉模式在声明的时候就创建了,所以不会有线程安全问题

对于构造函数需要传入参数的单例也没办法这样创建

二、懒汉模式

懒汉模式,即在使用的时候才去创建它,相对于饿汉他有点懒,但其实他不懒

代码如下:

假如在多个线程中都会用到这个单例对象,那么就有可能造成实例出多个对象的问题了,就是这种方式是线程不安全的

三、锁方法的懒汉模式(不推荐使用)

我们在instance()方法前加上synchronized修饰,这样多个线程就不可能同时进入instance方法了,也不会造成new多个实例的问题了

代码如下:

四、局部锁(不可使用)

这种方式看似加了一个锁,但是多个线程可能同时进入到if的判断语句中,同样不能保证_singleton的唯一性

五、双重检查锁+volatile修饰(推荐使用)

代码如下:

 

 Posted by on 2019-09-05

Java中使用ByteBuffer处理tcp粘包

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8月 222019
 
一、通讯数据格式

通讯协议的约定格式如下:

每一个数据包的长度不固定,但是前四个字节代表的意义是固定的

数据的长度取决于第3个字段的值

名称 长度 其他说明  
协议头 2字节 固定的两个字节,用以给协议分段  
数据类型 1字节 数据内容的类型,用以区别多种内容  
数据长度 1字节 后面数据内容的长度,1字节可表示最大长度是255  
数据 n字节 n取决于上一个字节中的数值  
     
     
     
二、处理的难点
  1. 长度不固定,解析每一组数据时需要先想办法获取数据的长度
  2. 如果发送速度很快,收到一包可能有多组数据,需要一个while循环处理收到的一包的数据(这也就是粘包处理的初衷)
  3. 收到一包数据(本例中使用1024长度的缓冲区接收)可能将某个数据包截成两截,当前缓冲区未解析完的要保留下来,否则会丢数据
三、处理流程图
四、代码

在while(true)里面是读取tcp数据和进行粘包处理的代码

五、其他说明

  1. 串口通讯的粘包处理也可以使用此方法

java中的左移<<操作符

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8月 162019
 

对于正数来说,左移1位相当于这个数值翻倍,或者对于类型为int的负数来说,左移一位也是翻倍

但是对于类型小于int的类型,比如short和byte,本来以为左移并不会带符号,但经过测试不是这样的,看代码:

左移后为int型数值,本来以左移8位后,前16位会用0填充,但是没有,左移是带符号移位的,看运行结果如下:

好,我们再看看其他情况的。

1、byte为正数的情况,moveb = 2的运行结果

 

 

 Posted by on 2019-08-16

java中的右移>>和无符号右移>>>

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8月 062019
 

右移>>是指带符号右移,如果最高位的符号位为1,则右移时左侧补上的空位用1填充,否则用0填充

而无符号右移>>>,不管左侧最高位是1还是0,左侧补上的空位统统用0填充,如下面的例子:

看输出结果:

我们从第13位开始左移,即第二字节的101那里,左移后的结果如下,右侧应该有一些0用省略号代替了

101 11110100 01010100…..

我们再右移29位,即只剩下101,那么如果用>>前面将被补上很多的1,如果使用>>>,则会补很多0

 Posted by on 2019-08-06

Java数据类型转换的一些问题总结

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8月 062019
 
一、强制类型转换导致数据的变化

举例:short类型的值范围为-32768 ~ 32767,看下面这些对short值的操作

最后的输出结果为:

二、关于一些运算后生成的默认值

对于长度小于或者等于int的数据类型,如short, byte在进行如下运算后,其他运算结果为int型

<<,>>,>>>,&,|,^,+,-,*,/

如下代码,就会提示你将运算强制转换成short类型

三、有符号数转无符号数

可以通过&运算将有符号号转为无符号数,

对于byte类型& 0xFF,

对于short类型& 0xFFFF,

对于int类型& 0xFFFFFFFF

注意&运算完的结果是一个int型的值

下面看一个示例代码:

运行结果:

强制类型转换并没有改变符号。

四、负数的左移位操作

负数的左移位操作会使数据保持为负数

http://bcoder.com/java/right-shift-operator-in-java

 Posted by on 2019-08-06

ByteBuffer详解

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7月 022019
 
一、ByteBuffer的父类

  ByteBuffer的父类是Buffer类,意思为缓冲区类,ByteBuffer为字节缓冲区,当然他也可以处理int, long, char等基本数据类型。

  相比于Buffer类的其他继承类CharBuffer、DoubleBuffer、FloatBuffer、IntBuffer、LongBuffer 和 ShortBuffer,ByteBuffer类应用更广泛。

 
二、ByteBuffer的几个变量
position 表示当前bytebuffer的数据指针的位置。因为ByteBuffer还可以做为一个数据解析器,比如getShort()可以读出来一个short类型的数据,因此position也是很重要的。
limit 读取时可用作数据索引的上限(此时相当于数据的length – 1),但是写入时又不能有这个limit,否则会造成数据无法写入(写入时可设置limit = capacity)
mark 用于标记读取数据的起始位置,比如我们已经处理完成10个字节的数据,以后不用再管这10个字节,那么我们可以用mark()标记一下,然后配套的时候reset使position回到这个位置(比如后边的处理遇到了异常,或者遇到了不完整的数据)。
capacity 容量,很简单啦,就是最大允许的字节数量。
 
三、几个要点

  1、limit的设置,因为put和get系列函数只会影响position,不会影响limit,limit是数据的结尾位置,是相当的重要。

 
四、ByteBuffer类的方法
put(byte b) 向ByteBuffer中写入一个字节,并且如果成功position+1
put(byte[] src) 将参数中的byte数据写入bytebuffer中,并且如果成功position+src的长度
put(byte[] src, int offset, int length) 将src数组中,在offset处开始,长度为length的数据写入到ByteBuffer中,并且如果成功,position+length
compact() 其实就是删除已读过的数据,将position到limit之间的数据移动到0和limit-position处,并将mark重置为-1,position放到数据结尾,总结一下,就是可以继续写数据了,但是不能读数据。
limit() 获取当前的数据尾的位置(当然,前提是你设置过limit或者调用过flip)
limit(int newLimit) 设置数据的结尾位置。
rewind() 执行后position = 0, mark = -1,数据内容不变。应用场景:新put数据后,使用rewind将指针位置恢复到起始位置。
reset() 将position恢复到mark处的位置。
clear() 重置ByteBuffer的 position = 0; limit = capacity; mark = -1,实际数据内容无变化,其实这个函数会比较少用,不如rewind的实用性强,因为rewind不会改变limit。
remaining() 还未读取的数据limit – position,前提是你正确设置了limit的位置(所有数据的结尾位置)或者调用过flip()函数。
hasRemaining() 是否还有未读取的数据,前提是你正确设置了limit的位置(所有数据的结尾位置)或者调用过flip()函数。
mark() 将当前的position设备为mark(),mark要和reset配合使用。
discardMark() 将mark的位置重置为-1,貌似很少会单独使用这个函数,而是用rewind或者clear来重置mark值
flip() 其实这个函数的意思是,数据准备好了,可以读了,估计是reset、rewind、clear这些名字用的差不多了,起了一个这个难理解的名字,翻转,听着就让人晕。这个函数相当于下面两个函数的组合buf.limit(buf.position());
buf.rewind();。
get系列函数  
 Posted by on 2019-07-02
4月 062018
 
  转载自:http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920373.html

   volatile这个关键字可能很多朋友都听说过,或许也都用过。在Java 5之前,它是一个备受争议的关键字,因为在程序中使用它往往会导致出人意料的结果。在Java 5之后,volatile关键字才得以重获生机。

  volatile关键字虽然从字面上理解起来比较简单,但是要用好不是一件容易的事情。由于volatile关键字是与Java的内存模型有关的,因此在讲述volatile关键之前,我们先来了解一下与内存模型相关的概念和知识,然后分析了volatile关键字的实现原理,最后给出了几个使用volatile关键字的场景。

  以下是本文的目录大纲:

  一.内存模型的相关概念

  二.并发编程中的三个概念

  三.Java内存模型

  四..深入剖析volatile关键字

  五.使用volatile关键字的场景

  若有不正之处请多多谅解,并欢迎批评指正。

 

一.内存模型的相关概念

  大家都知道,计算机在执行程序时,每条指令都是在CPU中执行的,而执行指令过程中,势必涉及到数据的读取和写入。由于程序运行过程中的临时数据是存放在主存(物理内存)当中的,这时就存在一个问题,由于CPU执行速度很快,而从内存读取数据和向内存写入数据的过程跟CPU执行指令的速度比起来要慢的多,因此如果任何时候对数据的操作都要通过和内存的交互来进行,会大大降低指令执行的速度。因此在CPU里面就有了高速缓存。

  也就是,当程序在运行过程中,会将运算需要的数据从主存复制一份到CPU的高速缓存当中,那么CPU进行计算时就可以直接从它的高速缓存读取数据和向其中写入数据,当运算结束之后,再将高速缓存中的数据刷新到主存当中。举个简单的例子,比如下面的这段代码:

1
i = i + 1;

   当线程执行这个语句时,会先从主存当中读取i的值,然后复制一份到高速缓存当中,然后CPU执行指令对i进行加1操作,然后将数据写入高速缓存,最后将高速缓存中i最新的值刷新到主存当中。

  这个代码在单线程中运行是没有任何问题的,但是在多线程中运行就会有问题了。在多核CPU中,每条线程可能运行于不同的CPU中,因此每个线程运行时有自己的高速缓存(对单核CPU来说,其实也会出现这种问题,只不过是以线程调度的形式来分别执行的)。本文我们以多核CPU为例。

  比如同时有2个线程执行这段代码,假如初始时i的值为0,那么我们希望两个线程执行完之后i的值变为2。但是事实会是这样吗?

  可能存在下面一种情况:初始时,两个线程分别读取i的值存入各自所在的CPU的高速缓存当中,然后线程1进行加1操作,然后把i的最新值1写入到内存。此时线程2的高速缓存当中i的值还是0,进行加1操作之后,i的值为1,然后线程2把i的值写入内存。

  最终结果i的值是1,而不是2。这就是著名的缓存一致性问题。通常称这种被多个线程访问的变量为共享变量。

  也就是说,如果一个变量在多个CPU中都存在缓存(一般在多线程编程时才会出现),那么就可能存在缓存不一致的问题。

  为了解决缓存不一致性问题,通常来说有以下2种解决方法:

  1)通过在总线加LOCK#锁的方式

  2)通过缓存一致性协议

  这2种方式都是硬件层面上提供的方式。

  在早期的CPU当中,是通过在总线上加LOCK#锁的形式来解决缓存不一致的问题。因为CPU和其他部件进行通信都是通过总线来进行的,如果对总线加LOCK#锁的话,也就是说阻塞了其他CPU对其他部件访问(如内存),从而使得只能有一个CPU能使用这个变量的内存。比如上面例子中 如果一个线程在执行 i = i +1,如果在执行这段代码的过程中,在总线上发出了LCOK#锁的信号,那么只有等待这段代码完全执行完毕之后,其他CPU才能从变量i所在的内存读取变量,然后进行相应的操作。这样就解决了缓存不一致的问题。

  但是上面的方式会有一个问题,由于在锁住总线期间,其他CPU无法访问内存,导致效率低下。

  所以就出现了缓存一致性协议。最出名的就是Intel 的MESI协议,MESI协议保证了每个缓存中使用的共享变量的副本是一致的。它核心的思想是:当CPU写数据时,如果发现操作的变量是共享变量,即在其他CPU中也存在该变量的副本,会发出信号通知其他CPU将该变量的缓存行置为无效状态,因此当其他CPU需要读取这个变量时,发现自己缓存中缓存该变量的缓存行是无效的,那么它就会从内存重新读取。

二.并发编程中的三个概念

  在并发编程中,我们通常会遇到以下三个问题:原子性问题,可见性问题,有序性问题。我们先看具体看一下这三个概念:

1.原子性

  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。

  一个很经典的例子就是银行账户转账问题:

  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。

  同样地反映到并发编程中会出现什么结果呢?

  举个最简单的例子,大家想一下假如为一个32位的变量赋值过程不具备原子性的话,会发生什么后果?

1
i = 9;

   假若一个线程执行到这个语句时,我暂且假设为一个32位的变量赋值包括两个过程:为低16位赋值,为高16位赋值。

  那么就可能发生一种情况:当将低16位数值写入之后,突然被中断,而此时又有一个线程去读取i的值,那么读取到的就是错误的数据。

2.可见性

  可见性是指当多个线程访问同一个变量时,一个线程修改了这个变量的值,其他线程能够立即看得到修改的值。

  举个简单的例子,看下面这段代码:

1
2
3
4
5
6
//线程1执行的代码
int i = 0;
i = 10;
 
//线程2执行的代码
j = i;

   假若执行线程1的是CPU1,执行线程2的是CPU2。由上面的分析可知,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。

3.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:

1
2
3
4
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)。

  下面解释一下什么是指令重排序,一般来说,处理器为了提高程序运行效率,可能会对输入代码进行优化,它不保证程序中各个语句的执行先后顺序同代码中的顺序一致,但是它会保证程序最终执行结果和代码顺序执行的结果是一致的。

  比如上面的代码中,语句1和语句2谁先执行对最终的程序结果并没有影响,那么就有可能在执行过程中,语句2先执行而语句1后执行。

  但是要注意,虽然处理器会对指令进行重排序,但是它会保证程序最终结果会和代码顺序执行结果相同,那么它靠什么保证的呢?再看下面一个例子:

1
2
3
4
int a = 10;    //语句1
int r = 2;    //语句2
a = a + 3;    //语句3
r = a*a;     //语句4

   这段代码有4个语句,那么可能的一个执行顺序是:

  

 

  那么可不可能是这个执行顺序呢: 语句2   语句1    语句4   语句3

  不可能,因为处理器在进行重排序时是会考虑指令之间的数据依赖性,如果一个指令Instruction 2必须用到Instruction 1的结果,那么处理器会保证Instruction 1会在Instruction 2之前执行。

  虽然重排序不会影响单个线程内程序执行的结果,但是多线程呢?下面看一个例子:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
//线程1:
context = loadContext();   //语句1
inited = true;             //语句2
 
//线程2:
while(!inited ){
  sleep()
}
doSomethingwithconfig(context);

   上面代码中,由于语句1和语句2没有数据依赖性,因此可能会被重排序。假如发生了重排序,在线程1执行过程中先执行语句2,而此是线程2会以为初始化工作已经完成,那么就会跳出while循环,去执行doSomethingwithconfig(context)方法,而此时context并没有被初始化,就会导致程序出错。

   从上面可以看出,指令重排序不会影响单个线程的执行,但是会影响到线程并发执行的正确性。

  也就是说,要想并发程序正确地执行,必须要保证原子性、可见性以及有序性。只要有一个没有被保证,就有可能会导致程序运行不正确。

三.Java内存模型

  在前面谈到了一些关于内存模型以及并发编程中可能会出现的一些问题。下面我们来看一下Java内存模型,研究一下Java内存模型为我们提供了哪些保证以及在java中提供了哪些方法和机制来让我们在进行多线程编程时能够保证程序执行的正确性。

  在Java虚拟机规范中试图定义一种Java内存模型(Java Memory Model,JMM)来屏蔽各个硬件平台和操作系统的内存访问差异,以实现让Java程序在各种平台下都能达到一致的内存访问效果。那么Java内存模型规定了哪些东西呢,它定义了程序中变量的访问规则,往大一点说是定义了程序执行的次序。注意,为了获得较好的执行性能,Java内存模型并没有限制执行引擎使用处理器的寄存器或者高速缓存来提升指令执行速度,也没有限制编译器对指令进行重排序。也就是说,在java内存模型中,也会存在缓存一致性问题和指令重排序的问题。

  Java内存模型规定所有的变量都是存在主存当中(类似于前面说的物理内存),每个线程都有自己的工作内存(类似于前面的高速缓存)。线程对变量的所有操作都必须在工作内存中进行,而不能直接对主存进行操作。并且每个线程不能访问其他线程的工作内存。

  举个简单的例子:在java中,执行下面这个语句:

1
i  = 10;

   执行线程必须先在自己的工作线程中对变量i所在的缓存行进行赋值操作,然后再写入主存当中。而不是直接将数值10写入主存当中。

  那么Java语言 本身对 原子性、可见性以及有序性提供了哪些保证呢?

1.原子性

  在Java中,对基本数据类型的变量的读取和赋值操作是原子性操作,即这些操作是不可被中断的,要么执行,要么不执行。

  上面一句话虽然看起来简单,但是理解起来并不是那么容易。看下面一个例子i:

  请分析以下哪些操作是原子性操作:

1
2
3
4
x = 10;         //语句1
y = x;         //语句2
x++;           //语句3
x = x + 1;     //语句4

   咋一看,有些朋友可能会说上面的4个语句中的操作都是原子性操作。其实只有语句1是原子性操作,其他三个语句都不是原子性操作。

  语句1是直接将数值10赋值给x,也就是说线程执行这个语句的会直接将数值10写入到工作内存中。

  语句2实际上包含2个操作,它先要去读取x的值,再将x的值写入工作内存,虽然读取x的值以及 将x的值写入工作内存 这2个操作都是原子性操作,但是合起来就不是原子性操作了。

  同样的,x++和 x = x+1包括3个操作:读取x的值,进行加1操作,写入新的值。

   所以上面4个语句只有语句1的操作具备原子性。

  也就是说,只有简单的读取、赋值(而且必须是将数字赋值给某个变量,变量之间的相互赋值不是原子操作)才是原子操作。

  不过这里有一点需要注意:在32位平台下,对64位数据的读取和赋值是需要通过两个操作来完成的,不能保证其原子性。但是好像在最新的JDK中,JVM已经保证对64位数据的读取和赋值也是原子性操作了。

  从上面可以看出,Java内存模型只保证了基本读取和赋值是原子性操作,如果要实现更大范围操作的原子性,可以通过synchronized和Lock来实现。由于synchronized和Lock能够保证任一时刻只有一个线程执行该代码块,那么自然就不存在原子性问题了,从而保证了原子性。

2.可见性

  对于可见性,Java提供了volatile关键字来保证可见性。

  当一个共享变量被volatile修饰时,它会保证修改的值会立即被更新到主存,当有其他线程需要读取时,它会去内存中读取新值。

  而普通的共享变量不能保证可见性,因为普通共享变量被修改之后,什么时候被写入主存是不确定的,当其他线程去读取时,此时内存中可能还是原来的旧值,因此无法保证可见性。

  另外,通过synchronized和Lock也能够保证可见性,synchronized和Lock能保证同一时刻只有一个线程获取锁然后执行同步代码,并且在释放锁之前会将对变量的修改刷新到主存当中。因此可以保证可见性。

3.有序性

  在Java内存模型中,允许编译器和处理器对指令进行重排序,但是重排序过程不会影响到单线程程序的执行,却会影响到多线程并发执行的正确性。

  在Java里面,可以通过volatile关键字来保证一定的“有序性”(具体原理在下一节讲述)。另外可以通过synchronized和Lock来保证有序性,很显然,synchronized和Lock保证每个时刻是有一个线程执行同步代码,相当于是让线程顺序执行同步代码,自然就保证了有序性。

  另外,Java内存模型具备一些先天的“有序性”,即不需要通过任何手段就能够得到保证的有序性,这个通常也称为 happens-before 原则。如果两个操作的执行次序无法从happens-before原则推导出来,那么它们就不能保证它们的有序性,虚拟机可以随意地对它们进行重排序。

  下面就来具体介绍下happens-before原则(先行发生原则):

  • 程序次序规则:一个线程内,按照代码顺序,书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作
  • 锁定规则:一个unLock操作先行发生于后面对同一个锁额lock操作
  • volatile变量规则:对一个变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作
  • 传递规则:如果操作A先行发生于操作B,而操作B又先行发生于操作C,则可以得出操作A先行发生于操作C
  • 线程启动规则:Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每个一个动作
  • 线程中断规则:对线程interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生
  • 线程终结规则:线程中所有的操作都先行发生于线程的终止检测,我们可以通过Thread.join()方法结束、Thread.isAlive()的返回值手段检测到线程已经终止执行
  • 对象终结规则:一个对象的初始化完成先行发生于他的finalize()方法的开始

  这8条原则摘自《深入理解Java虚拟机》。

  这8条规则中,前4条规则是比较重要的,后4条规则都是显而易见的。

  下面我们来解释一下前4条规则:

  对于程序次序规则来说,我的理解就是一段程序代码的执行在单个线程中看起来是有序的。注意,虽然这条规则中提到“书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作”,这个应该是程序看起来执行的顺序是按照代码顺序执行的,因为虚拟机可能会对程序代码进行指令重排序。虽然进行重排序,但是最终执行的结果是与程序顺序执行的结果一致的,它只会对不存在数据依赖性的指令进行重排序。因此,在单个线程中,程序执行看起来是有序执行的,这一点要注意理解。事实上,这个规则是用来保证程序在单线程中执行结果的正确性,但无法保证程序在多线程中执行的正确性。

  第二条规则也比较容易理解,也就是说无论在单线程中还是多线程中,同一个锁如果出于被锁定的状态,那么必须先对锁进行了释放操作,后面才能继续进行lock操作。

  第三条规则是一条比较重要的规则,也是后文将要重点讲述的内容。直观地解释就是,如果一个线程先去写一个变量,然后一个线程去进行读取,那么写入操作肯定会先行发生于读操作。

  第四条规则实际上就是体现happens-before原则具备传递性。

四.深入剖析volatile关键字

  在前面讲述了很多东西,其实都是为讲述volatile关键字作铺垫,那么接下来我们就进入主题。

1.volatile关键字的两层语义

  一旦一个共享变量(类的成员变量、类的静态成员变量)被volatile修饰之后,那么就具备了两层语义:

  1)保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性,即一个线程修改了某个变量的值,这新值对其他线程来说是立即可见的。

  2)禁止进行指令重排序。

  先看一段代码,假如线程1先执行,线程2后执行:

1
2
3
4
5
6
7
8
//线程1
boolean stop = false;
while(!stop){
    doSomething();
}
 
//线程2
stop = true;

   这段代码是很典型的一段代码,很多人在中断线程时可能都会采用这种标记办法。但是事实上,这段代码会完全运行正确么?即一定会将线程中断么?不一定,也许在大多数时候,这个代码能够把线程中断,但是也有可能会导致无法中断线程(虽然这个可能性很小,但是只要一旦发生这种情况就会造成死循环了)。

  下面解释一下这段代码为何有可能导致无法中断线程。在前面已经解释过,每个线程在运行过程中都有自己的工作内存,那么线程1在运行的时候,会将stop变量的值拷贝一份放在自己的工作内存当中。

  那么当线程2更改了stop变量的值之后,但是还没来得及写入主存当中,线程2转去做其他事情了,那么线程1由于不知道线程2对stop变量的更改,因此还会一直循环下去。

  但是用volatile修饰之后就变得不一样了:

  第一:使用volatile关键字会强制将修改的值立即写入主存;

  第二:使用volatile关键字的话,当线程2进行修改时,会导致线程1的工作内存中缓存变量stop的缓存行无效(反映到硬件层的话,就是CPU的L1或者L2缓存中对应的缓存行无效);

  第三:由于线程1的工作内存中缓存变量stop的缓存行无效,所以线程1再次读取变量stop的值时会去主存读取。

  那么在线程2修改stop值时(当然这里包括2个操作,修改线程2工作内存中的值,然后将修改后的值写入内存),会使得线程1的工作内存中缓存变量stop的缓存行无效,然后线程1读取时,发现自己的缓存行无效,它会等待缓存行对应的主存地址被更新之后,然后去对应的主存读取最新的值。

  那么线程1读取到的就是最新的正确的值。

2.volatile保证原子性吗?

  从上面知道volatile关键字保证了操作的可见性,但是volatile能保证对变量的操作是原子性吗?

  下面看一个例子:

1
2
3
4
5
6
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8
9
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19
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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)  //保证前面的线程都执行完
            Thread.yield();
        System.out.println(test.inc);
    }
}

   大家想一下这段程序的输出结果是多少?也许有些朋友认为是10000。但是事实上运行它会发现每次运行结果都不一致,都是一个小于10000的数字。

  可能有的朋友就会有疑问,不对啊,上面是对变量inc进行自增操作,由于volatile保证了可见性,那么在每个线程中对inc自增完之后,在其他线程中都能看到修改后的值啊,所以有10个线程分别进行了1000次操作,那么最终inc的值应该是1000*10=10000。

  这里面就有一个误区了,volatile关键字能保证可见性没有错,但是上面的程序错在没能保证原子性。可见性只能保证每次读取的是最新的值,但是volatile没办法保证对变量的操作的原子性。

  在前面已经提到过,自增操作是不具备原子性的,它包括读取变量的原始值、进行加1操作、写入工作内存。那么就是说自增操作的三个子操作可能会分割开执行,就有可能导致下面这种情况出现:

  假如某个时刻变量inc的值为10,

  线程1对变量进行自增操作,线程1先读取了变量inc的原始值,然后线程1被阻塞了;

  然后线程2对变量进行自增操作,线程2也去读取变量inc的原始值,由于线程1只是对变量inc进行读取操作,而没有对变量进行修改操作,所以不会导致线程2的工作内存中缓存变量inc的缓存行无效,所以线程2会直接去主存读取inc的值,发现inc的值时10,然后进行加1操作,并把11写入工作内存,最后写入主存。

  然后线程1接着进行加1操作,由于已经读取了inc的值,注意此时在线程1的工作内存中inc的值仍然为10,所以线程1对inc进行加1操作后inc的值为11,然后将11写入工作内存,最后写入主存。

  那么两个线程分别进行了一次自增操作后,inc只增加了1。

  解释到这里,可能有朋友会有疑问,不对啊,前面不是保证一个变量在修改volatile变量时,会让缓存行无效吗?然后其他线程去读就会读到新的值,对,这个没错。这个就是上面的happens-before规则中的volatile变量规则,但是要注意,线程1对变量进行读取操作之后,被阻塞了的话,并没有对inc值进行修改。然后虽然volatile能保证线程2对变量inc的值读取是从内存中读取的,但是线程1没有进行修改,所以线程2根本就不会看到修改的值。

  根源就在这里,自增操作不是原子性操作,而且volatile也无法保证对变量的任何操作都是原子性的。

  把上面的代码改成以下任何一种都可以达到效果:

  采用synchronized:

 View Code

  采用Lock:

 View Code

  采用AtomicInteger:

 View Code

  在java 1.5的java.util.concurrent.atomic包下提供了一些原子操作类,即对基本数据类型的 自增(加1操作),自减(减1操作)、以及加法操作(加一个数),减法操作(减一个数)进行了封装,保证这些操作是原子性操作。atomic是利用CAS来实现原子性操作的(Compare And Swap),CAS实际上是利用处理器提供的CMPXCHG指令实现的,而处理器执行CMPXCHG指令是一个原子性操作。

3.volatile能保证有序性吗?

  在前面提到volatile关键字能禁止指令重排序,所以volatile能在一定程度上保证有序性。

  volatile关键字禁止指令重排序有两层意思:

  1)当程序执行到volatile变量的读操作或者写操作时,在其前面的操作的更改肯定全部已经进行,且结果已经对后面的操作可见;在其后面的操作肯定还没有进行;

  2)在进行指令优化时,不能将在对volatile变量访问的语句放在其后面执行,也不能把volatile变量后面的语句放到其前面执行。

  可能上面说的比较绕,举个简单的例子:

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//x、y为非volatile变量
//flag为volatile变量
 
x = 2;        //语句1
y = 0;        //语句2
flag = true;  //语句3
x = 4;         //语句4
y = -1;       //语句5

   由于flag变量为volatile变量,那么在进行指令重排序的过程的时候,不会将语句3放到语句1、语句2前面,也不会讲语句3放到语句4、语句5后面。但是要注意语句1和语句2的顺序、语句4和语句5的顺序是不作任何保证的。

  并且volatile关键字能保证,执行到语句3时,语句1和语句2必定是执行完毕了的,且语句1和语句2的执行结果对语句3、语句4、语句5是可见的。

  那么我们回到前面举的一个例子:

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//线程1:
context = loadContext();   //语句1
inited = true;             //语句2
 
//线程2:
while(!inited ){
  sleep()
}
doSomethingwithconfig(context);

   前面举这个例子的时候,提到有可能语句2会在语句1之前执行,那么久可能导致context还没被初始化,而线程2中就使用未初始化的context去进行操作,导致程序出错。

  这里如果用volatile关键字对inited变量进行修饰,就不会出现这种问题了,因为当执行到语句2时,必定能保证context已经初始化完毕。

4.volatile的原理和实现机制

  前面讲述了源于volatile关键字的一些使用,下面我们来探讨一下volatile到底如何保证可见性和禁止指令重排序的。

  下面这段话摘自《深入理解Java虚拟机》:

  “观察加入volatile关键字和没有加入volatile关键字时所生成的汇编代码发现,加入volatile关键字时,会多出一个lock前缀指令”

  lock前缀指令实际上相当于一个内存屏障(也成内存栅栏),内存屏障会提供3个功能:

  1)它确保指令重排序时不会把其后面的指令排到内存屏障之前的位置,也不会把前面的指令排到内存屏障的后面;即在执行到内存屏障这句指令时,在它前面的操作已经全部完成;

  2)它会强制将对缓存的修改操作立即写入主存;

  3)如果是写操作,它会导致其他CPU中对应的缓存行无效。

五.使用volatile关键字的场景

  synchronized关键字是防止多个线程同时执行一段代码,那么就会很影响程序执行效率,而volatile关键字在某些情况下性能要优于synchronized,但是要注意volatile关键字是无法替代synchronized关键字的,因为volatile关键字无法保证操作的原子性。通常来说,使用volatile必须具备以下2个条件:

  1)对变量的写操作不依赖于当前值

  2)该变量没有包含在具有其他变量的不变式中

  实际上,这些条件表明,可以被写入 volatile 变量的这些有效值独立于任何程序的状态,包括变量的当前状态。

  事实上,我的理解就是上面的2个条件需要保证操作是原子性操作,才能保证使用volatile关键字的程序在并发时能够正确执行。

  下面列举几个Java中使用volatile的几个场景。

1.状态标记量

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volatile boolean flag = false;
 
while(!flag){
    doSomething();
}
 
public void setFlag() {
    flag = true;
}

 

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volatile boolean inited = false;
//线程1:
context = loadContext();  
inited = true;            
 
//线程2:
while(!inited ){
sleep()
}
doSomethingwithconfig(context);

 

2.double check

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

   至于为何需要这么写请参考:

  《Java 中的双重检查(Double-Check)》http://blog.csdn.net/dl88250/article/details/5439024

  和http://www.iteye.com/topic/652440

  参考资料:

  《Java编程思想》

  《深入理解Java虚拟机》

  http://jiangzhengjun.iteye.com/blog/652532

  http://blog.sina.com.cn/s/blog_7bee8dd50101fu8n.html

  http://ifeve.com/volatile/

  http://blog.csdn.net/ccit0519/article/details/11241403

  http://blog.csdn.net/ns_code/article/details/17101369

  http://www.cnblogs.com/kevinwu/archive/2012/05/02/2479464.html

  http://www.cppblog.com/elva/archive/2011/01/21/139019.html

  http://ifeve.com/volatile-array-visiblity/

  http://www.bdqn.cn/news/201312/12579.shtml

  http://exploer.blog.51cto.com/7123589/1193399

  http://www.cnblogs.com/Mainz/p/3556430.html

作者:海子

    

    

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 Posted by on 2018-04-06
4月 032018
 

  对于简单的key:value的json数据,我们把所有的key定义为类成员,然后gson.fromJson即可序列化为java对象。

  对于复杂的json数据,里面既有普通的key:value数据,也有二级的列表的数据,我们该如何处理呢?

  事实上,非常的简单,我们在该类里再定义一个内部类,和一个List组织该内部类的对象即可,比如下面的json数据:

  那么我们定义的解析类如下:

  解析的时候使用如下代码即可:

  是不是非常的简单!