Java并发编程 | 从进程、线程到并发问题实例解决( 二 ) _生活百科

GETSTATIC 将静态变量 val压入栈中；
ICONST_1 将常量1压入栈中；
IADD 执行加（+）运算操作；
PUTSTATIC 将结果放回 val变量。

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可以看到执行 +1 这个操作其实是在独立栈内进行，不同线程其实有不同的操作栈。

如果线程（1）还未执行完 PUTSTATIC 操作，另外一个线程（2）进行了 GETSTATIC ；这个时候线程（2）执行 +1 操作时，就不会使用线程（1）+1 执行完成后的结果。
当同样执行到 PUTSTATIC 时，也不会考虑线程（1）情况直接把自己运算结果写进 val 。这样也就出现了并发问题，并非我们想象的多线程执行都能改变val的值。

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怎么解决这种并发问题？设计初衷上说val+1操作的逻辑时希望在读取val值上进行+1的操作，而非在+1过程中初始val值由于其他线程操作而改变。因此在计算机指令上就给到了一个指令 cmpxchg，在将栈里面值交换到堆里面val时，比较val初始值么没有变化执行成，否则执行失败。如果指令执行失败了，我们再重新进行新val值的计算直到完成一次成功操作。这也就是解决Java并发一个基本算法 CAS（Compare-and-Swap）。
CAS算法有三个操作数，通过内存中的值（V）、预期原始值（A)、修改后的新值。
如果内存中的值和预期原始值相等，就将修改后的新值保存到内存中。如果内存中的值和预期原始值不相等，说明共享数据已经被修改，放弃已经所做的操作，然后重新执行刚才的操作，直到重试成功。Java中Unsafe 中的getAndAddInt就是使用的这个算法，不妨详细解读下其代码。

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到这里还涉及到一个线程变量修改同步问题，由于计算机结构复杂性，CPU、Mem等各级缓存特性、不同操作系统、不同厂商硬件等等，其中有着很多缓存/同步设计；为了屏蔽这些复杂性，java提供了volatile 关键字来进行保证。截取一段The Java Language Specification （Java SE 10 Edition）原文：

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抓重点的理解：字段被声明为volatile，在这种情况下，Java内存模型确保所有线程都看到变量的一致值。
试一试，多线程性能更好？按照前面解决的思路，修改下之前的代码进行测试下。另外将耗时也记录一下：

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是不是发现，val 的数值已经和单线程的一致了都是 1000，没有并发问题了。性能上从这个例子可以看到，单线程耗时6ms，多线程耗时29ms 。不用质疑结果是没错的，明显多线程耗时更高。
可以看出多线程运行简单程序并不一定能够提升性能，因为其开启线程有相关的开销；同时看到其复杂性高、维护成本高、可读性降低等缺陷。对于简单业务逻辑场景，不建议用多线程。
在此基础上，加上模拟下相关业务逻辑，模拟逻辑执行doSomeThings（），模拟实现逻辑就是线程休眠 1ms 。相关代码，耗时记录如下：

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这个例子里面多线程性能优势，与单线程的1914ms 相比多线程只需要 262ms 。当然具体提升的数值和运行的机器、CPU等等有关系，笔者电脑是 4核8线程的情况。
本篇总结下，介绍了进程、线程以及相关发展史；展示了一个具体的并发问题；详细分析了并发问题的发生原因以及解决办法。最后对多线程并发程序进行了验证，以及相关性能上的探究。