Java并發編程 | 從進程、線程到并發問題實例解決( 二 ) _生活百科

GETSTATIC 將靜態變量 val壓入棧中；
ICONST_1 將常量1壓入棧中；
IADD 執行加（+）運算操作；
PUTSTATIC 將結果放回 val變量。

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可以看到執行 +1 這個操作其實是在獨立棧內進行，不同線程其實有不同的操作棧。

如果線程（1）還未執行完 PUTSTATIC 操作，另外一個線程（2）進行了 GETSTATIC ；這個時候線程（2）執行 +1 操作時，就不會使用線程（1）+1 執行完成后的結果。
當同樣執行到 PUTSTATIC 時，也不會考慮線程（1）情況直接把自己運算結果寫進 val 。這樣也就出現了并發問題，并非我們想象的多線程執行都能改變val的值。

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怎么解決這種并發問題？設計初衷上說val+1操作的邏輯時希望在讀取val值上進行+1的操作，而非在+1過程中初始val值由于其他線程操作而改變。因此在計算機指令上就給到了一個指令 cmpxchg，在將棧里面值交換到堆里面val時，比較val初始值么沒有變化執行成，否則執行失敗。如果指令執行失敗了，我們再重新進行新val值的計算直到完成一次成功操作。這也就是解決Java并發一個基本算法 CAS（Compare-and-Swap）。
CAS算法有三個操作數，通過內存中的值（V）、預期原始值（A)、修改后的新值。
如果內存中的值和預期原始值相等，就將修改后的新值保存到內存中。如果內存中的值和預期原始值不相等，說明共享數據已經被修改，放棄已經所做的操作，然后重新執行剛才的操作，直到重試成功。Java中Unsafe 中的getAndAddInt就是使用的這個算法，不妨詳細解讀下其代碼。

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到這里還涉及到一個線程變量修改同步問題，由于計算機結構復雜性，CPU、Mem等各級緩存特性、不同操作系統、不同廠商硬件等等，其中有著很多緩存/同步設計；為了屏蔽這些復雜性，java提供了volatile 關鍵字來進行保證。截取一段The Java Language Specification （Java SE 10 Edition）原文：

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抓重點的理解：字段被聲明為volatile，在這種情況下，Java內存模型確保所有線程都看到變量的一致值。
試一試，多線程性能更好？按照前面解決的思路，修改下之前的代碼進行測試下。另外將耗時也記錄一下：

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是不是發現，val 的數值已經和單線程的一致了都是 1000，沒有并發問題了。性能上從這個例子可以看到，單線程耗時6ms，多線程耗時29ms 。不用質疑結果是沒錯的，明顯多線程耗時更高。
可以看出多線程運行簡單程序并不一定能夠提升性能，因為其開啟線程有相關的開銷；同時看到其復雜性高、維護成本高、可讀性降低等缺陷。對于簡單業務邏輯場景，不建議用多線程。
在此基礎上，加上模擬下相關業務邏輯，模擬邏輯執行doSomeThings（），模擬實現邏輯就是線程休眠 1ms 。相關代碼，耗時記錄如下：

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這個例子里面多線程性能優勢，與單線程的1914ms 相比多線程只需要 262ms 。當然具體提升的數值和運行的機器、CPU等等有關系，筆者電腦是 4核8線程的情況。
本篇總結下，介紹了進程、線程以及相關發展史；展示了一個具體的并發問題；詳細分析了并發問題的發生原因以及解決辦法。最后對多線程并發程序進行了驗證，以及相關性能上的探究。