0x15Java引用赋值,是原子操作吗? 线程安全吗?

Q1什么是原子操作

所谓原子操作,就是该操作绝不会在执行完毕前被任何其他任务或事件打断,也就说,它的最小的执行单位,不可能有比它更小的执行单位,因此这里的原子实际是使用了物理学里的物质微粒的概念。

Q2非原子的64位操作

这是一个局部的概念,大多地方我们遇不到这样的说法

当线程在没有同步的情况下读取变量时,可能会得到一个失效值,但至少这个值是由之前某个线程设置的值,而不是一个随机值。这种安全性保证也被称为最低安全性( out-of-thin-air safety)。

最低安全性适用于绝大多数变量,但是存在一个例外:非volatile 类型的64位数值变量(double和long,请参见3.1.4节)。Java内存模型要求,变量的读取操作和写入操作都必须是原子操作,但对于非volatile类型的long和double变量,JVM允许将64位的读操作或写操作分解为两个32位的操作。当读取一个非volatile类型的long变量时,如果对该变量的读操作和写操作在不同的线程中执行,那么很可能会读取到某个值的高32位和另一个值的低32位。因此,即使不考虑失效数据问题,在多线程程序中使用共享且可变的long和double等类型的变量也是不安全的,除非用关键字volatile来声明它们,或者用锁保护起来。

Q3 Java中 有哪些数据类型,它们分别占用的空间大小是多少

一、基本数据类型:

byte:Java中最小的数据类型,在内存中占8位(bit),即1个字节,取值范围-128~127,默认值0

short:短整型,在内存中占16位,即2个字节,取值范围-32768~32717,默认值0

int:整型,用于存储整数,在内在中占32位,即4个字节,取值范围-2147483648~2147483647,默认值0

long:长整型,在内存中占64位,即8个字节-263~263-1,默认值0L

float:浮点型,在内存中占32位,即4个字节,用于存储带小数点的数字(与double的区别在于float类型有效小数点只有6~7位),默认值0

double:双精度浮点型,用于存储带有小数点的数字,在内存中占64位,即8个字节,默认值0

char:字符型,用于存储单个字符,占16位,即2个字节,取值范围0~65535,默认值为空

boolean:布尔类型,占1个字节,用于判断真或假(仅有两个值,即true、false),默认值false

二、引用数据类型:

类、接口类型、数组类型、枚举类型、注解类型。

区别:

基本数据类型在被创建时,在栈上给其划分一块内存,将数值直接存储在栈上。

引用数据类型在被创建时,首先要在栈上给其引用(句柄)分配一块内存,而对象的具体信息都存储在堆内存上,然后由栈上面的引用指向堆中对象的地址。

例如,有一个类Person,有属性name,age,带有参的构造方法,

Person p = new Person("zhangsan",20);

在内存中的具体创建过程是:

1.首先在栈内存中位其p分配一块空间;

2.在堆内存中为Person对象分配一块空间,并为其三个属性设初值"",0;

3.根据类Person中对属性的定义,为该对象的两个属性进行赋值操作;

4.调用构造方法,为两个属性赋值为"Tom",20;(注意这个时候p与Person对象之间还没有建立联系);

5.将Person对象在堆内存中的地址,赋值给栈中的p;通过引用(句柄)p可以找到堆中对象的具体信息。

相关知识:

静态区: 保存自动全局变量和 static 变量(包括 static 全局和局部变量)。静态区的内容在总个程序的生命周期内都存在,由编译器在编译的时候分配。

堆区: 一般由程序员分配释放,由 malloc 系列函数或 new 操作符分配的内存,其生命周期由 free 或 delete 决定。在没有释放之前一直存在,直到程序结束,由OS释放。其特点是使用灵活,空间比较大,但容易出错

栈区: 由编译器自动分配释放,保存局部变量,栈上的内容只在函数的范围内存在,当函数运行结束,这些内容也会自动被销毁,其特点是效率高,但空间大小有限

文字常量区: 常量字符串就是放在这里的。 程序结束后由系统释放。

Q4有哪些操作是原子操作

有一些操作比如 int 变量的赋值,引用对象的赋值,

这些的开销很小,甚至我们似乎可以把他们理解为原子性的操作。它们在某些平台是原子性的。

但最后的结论应是:

除非代码所工作的操作系统平台环境或者java官方指定这个操作是原子性操作,线程安全的。我们不应该把它当做原子性的操作,线程安全性的操作。

那么引用进行赋值不是线程安全的,不是原子性的。至少java没有这样答应我们,因为它提供了原子操作类

JDK1.5之后的java.util.concurrent.atomic包里,多了一批原子处理类。

  • 标量类:AtomicBoolean,AtomicInteger,AtomicLong,AtomicReference
  • 数组类:AtomicIntegerArray,AtomicLongArray,AtomicReferenceArray
  • 更新器类:AtomicLongFieldUpdater,AtomicIntegerFieldUpdater,AtomicReferenceFieldUpdater
  • 复合变量类:AtomicMarkableReference,AtomicStampedReference

AtomicBoolean,AtomicInteger,AtomicLong,AtomicReference这四种基本类型用来处理布尔,整数,长整数,对象四种数据,其内部实现不是简单的使用synchronized,而是一个更为高效的方式CAS (compare and swap) + volatile和native方法,从而避免了synchronized的高开销,执行效率大为提升。

结论

其实发现是自己跟自己挖了一个坑,答案很简单。

除非代码所工作的操作系统平台环境或者java官方指定这个操作是原子性操作,线程安全的。我们不应该把它当做原子性的操作,线程安全性的操作。

基于CAS的线程安全机制很好很高效,但要说的是,并非所有线程安全都可以用这样的方法来实现,这只适合一些粒度比较小,型如计数器这样的需求用起来才有效

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