java什么情况下出现并发 java的并发机制是什么

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hochie 2024-06-25 19:20:02

文章标签 java什么情况下出现并发 Java 并发原理研究 文章分类 Java 后端开发

进程、线程和并发实体

用来表示程序在执行的一组数据结构

每个进程可以有多个线程。它也是一组数据结构包括：下一条要执行的指令，寄存器，堆栈，状态等。一幅图来表示

java什么情况下出现并发 java的并发机制是什么_原理

所以最后消耗CPU的线程而不是进程

在Linux中进程和线程并没有父子关系而是平行的结构

操作系统调度的最小对象其实是——线程，但是名字叫task，教科书上叫进程。。。。有点混乱了吗？所以我们引入一个新的术语—— 并发实体

为什么要线程

勇敢提出这个问题的人要受到表扬，他冒着被无情嘲讽的危险提出了一个很白痴的问题。（我觉得回答不出来这个问题的人，才是真正的白痴）回答这个问题要回答另一个基本的问题——为什么要并发

我们想象一下，一个Web服务器，可能是下面的代码

while (true){
     request = next_http_request()
     request_work(request)
}

程序循环获取新请求(next_http_request)，执行请求（request_work），然后继续下一次循环。request_work会从硬盘读取文件，然后发送给客户端作为HTTP的响应，而硬盘I/O是一个阻塞操作，也就是说request_work会一直等待读取完数据之后才能释放CPU的控制权，然后下一个请求才有机会被执行。

并发要解决的问题就是提高CPU的利用率

那么并发为什么一定是多线程而不是多进程呢？其实在Linux下进程和线程的创建成本没有什么区别（都是task_struct），但是进程之间可以共享数据的方式只能通过非常复杂的IPC来实现，线程之间代码都是共享的，地址空间也是共享的，所以共享数据的方式更加高效。（进程要考虑隔离，一个进程没有办法直接访问另一个进程；线程不用隔离，线程之间共享内存）

我们修改成多线程版本的Web服务器

while (true){
     request = next_http_request()
     request_work_in_thread(request)
}

request_work_in_thread方法会启动一个线程（work线程），然后CPU开始执行next_http_request获得下一个请求。

request对象是在主线程创建的，可以直接传递给request_work_in_thread中的work线程使用。

我们提高CPU利用率所以需要并行，我们要提高并发实体之间共享数据的效率所以选择了线程作为并发实体的实现

Java的线程

好了，回到了Java。在Java中启动一个线程非常简单——只要new Thread就搞定了。JVM会把它变成操作系统的API，如果是Linux则会生成一个task_struct的结构。至于Runable之类的东西其实最后还是Thread，即便是Java并发包最后也还是用Thread。

所以至此，我们成功把《操作系统原理》中进程、线程和Java的线程“融汇贯通了”。下面开始另一个东西——PV操作。

竞争条件，临界区、PV信号量

恩，你这一部分估计也已经还给老师了。没关系，我们一起回忆一下。

举个例子：

public void plus(int value){
  count = count + value;
}

当多线程同时调用plus的时候程序的逻辑是错误的。count+value并不是一个原子操作，它会被变成三个CPU指令

获取count的数据到寄存器(还记得吗？CPU只访问寄存器)
寄存器+value，并且写回寄存器
寄存器写回到内存
如果T1，T2两个线程同时执行(count=0)
T1 获取count的数据到寄存器
T1 将寄存器的值加10
T2 获取count的数据到寄存器
T2 将寄存器的值加30
T2 寄存器写回到内存(count=30)
T1 寄存器写回到内存(count=10)
我们期望的可能是40，但是实际情况是10，因为T2访问数据的时候T1还没有来得及写回到内存中。当两个线程访问同一个数据，最后的结果依赖于线程的顺序这个就叫竞争条件。避免竞争条件的方法就是——通过临界区把一组动作“原子化”。例子中就是把：count = count + value，原子化。（原子化是指一次做完；其他人排队等候。）

就像你去买咖啡，收银员是所有人共享的（竞争条件），如果他经历：问杯型、种类、口味；收费；给你发票，这三个过程不能被打断否则会乱掉的。所以大家需要依次排队。(临界区)

如何实现临界区？答案是PV信号量（也叫PV操作，PV原语）。它是著名“河南籍”计算机科学家——E.W.Dijkstra设计的一套算法，老爷子这套严密的理论是现代并发的基础。简单来说他定义了两个操作

设一个计数器s