我们一起聊聊从操作系统层面理解多线程冲突_编程技术

前言

今天来从操作系统层面理解一下多线程冲突的问题，话不多说，开始~~

我们一起聊聊从操作系统层面理解多线程冲突

什么是多线程的冲突

同一进程内的线程是共享同一内存空间的，所以在多个线程的进程里，线程是可以同时操作这个进程空间的数据的，线程之间可以共享进程的资源：比如代码段、堆空间、数据段、打开的文件等资源，但每个线程也有自己独立的栈空间。如果多个线程如果竞争共享资源，如果不采取有效的措施，则会造成共享数据的混乱。

举个小栗子：一个房子里（代表一个进程），只有一个厕所（代表共享资源）。屋子里面有两个人A和B（代表两个线程），共用这个厕所。一天A去上厕所了，不过厕所门的锁坏了，就没法锁门。这是B也想去上厕所，直接就开门进去了，然后发现A在里面。

上面这个故事说明，对于共享资源，如果没有上锁，在多线程的环境里，那么就可能会发生翻车现场。

竞争与协作

做个小实验，创建五个线程，它们分别对共享变量 i 自增 1 执行 1000 次

package com.atguigu.juc.atomics;

public class Station{


    int i = 0;

    public void add() {
        for(int m = 0; m < 1000; m++){
            try {
                //使用sleep()模拟业务时间，如果不加，大概率不会出现并发问题
                Thread.sleep(1);
                i += 1;
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //实例化站台对象，并为每一个站台取名字
        Station station = new Station();
        new Thread(station::add,"线程1").start();
        new Thread(station::add,"线程2").start();
        new Thread(station::add,"线程3").start();
        new Thread(station::add,"线程4").start();
        new Thread(station::add,"线程5").start();
        Thread.sleep(20000);
        // 让每一个站台对象各自开始工作
        System.out.println(station.i);
        Thread.sleep(5000);
        System.out.println(station.i);
    }
}

运行了几次发现，每次运行得到不同的结果。在计算机里是不能容忍的，虽然是小概率出现的错误，但是小概率事件它一定是会发生的。

为什么会出现这样的问题呢？

为了理解为什么会发生这种情况，我们必须了解编译器为更新计数器 i 变量生成的代码序列，也就是要了解汇编指令的执行顺序。

在这个例子中，我们只是想给 i 加上数字 1，那么它对应的汇编指令执行过程是这样的：

我们一起聊聊从操作系统层面理解多线程冲突

可以发现，只是单纯给 i 加上数字 1，在 CPU 运行的时候，实际上要执行 3 条指令。

设想我们的线程 1 进入这个代码区域，它将 i 的值（假设此时是 50 ）从内存加载到它的寄存器中，然后它向寄存器加 1，此时在寄存器中的 i 值是 51。

现在，一件不幸的事情发生了：当前线程被挂起了，线程 2 被调度运行，并进入同一段代码。它也执行了第一条指令，从内存获取 i 值并将其放入到寄存器中，此时内存中 i 的值仍为 50，因此线程 2 寄存器中的 i 值也是 50。假设线程 2 执行接下来的两条指令，将寄存器中的 i 值 + 1，然后将寄存器中的 i 值保存到内存中，于是此时全局变量 i 值是 51。

最后，又发生一次上下文切换，线程 1 恢复执行。还记得它已经执行了两条汇编指令，现在准备执行最后一条指令。回忆一下，线程 1 寄存器中的 i 值是51，因此，执行最后一条指令后，将值保存到内存，全局变量 i 的值再次被设置为 51。

简单来说，增加 i （值为 50 ）的代码被运行两次，按理来说，最后的 i 值应该是 52，但是由于不可控的调度，导致最后 i 值却是 51。

针对上面线程 1 和线程 2 的执行过程，我画了一张流程图，会更明确一些：

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