从汇编去分析线程安全

9/6/2015来源:Java教程人气:1287

从汇编去分析线程安全

首先要知道什么是线程安全?

  当多个线程访问某个类时,不管运行环境采用何种调度方式或者这些线程将如何交替执行,并且在主调代码中不需要任何额外的同步或协同,这个类都能表现出正确的行为,那么就称这个类是线程安全的。

典型线程不安全的列子:

 1 import java.util.*; 4  5 class Worker implements Runnable { 6     PRivate UnsafeCount unsafeCount; 7  8     public Worker(UnsafeCount unsafeCount) { 9         this.unsafeCount = unsafeCount;10     }11 12     @Override13     public void run() {14         // TODO Auto-generated method stub15         for (int i = 0; i < 1000; i++)16             unsafeCount.increase();17     }18 19 }20 21 public class UnsafeCount {22     private int count = 0;23 24     public void increase() {25         count++;26     }27 28     public int getCount() {29         return count;30     }31 32     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {33         UnsafeCount uc = new UnsafeCount();34         35         //这里用了list简陋的方式控制线程的结束,更好的实现是用闭锁CountDownLatch或者栅栏CyclicBarrier36         List<Thread> list = new ArrayList<Thread>();//37         38         for (int i = 0; i < 10; i++) {39             Thread worker = new Thread(new Worker(uc));40             worker.start();41             list.add(worker);42         }43 44         //阻塞直到线程结束45         for (Thread t : list) {46             t.join();47         }48 49         System.out.println("total is: " + uc.getCount());50 51     }52 }

运行结果(每次结果都不一样):total is: 7628

我们来仔细分析一下这个结果,开启10个线程运行,每个线程都对count进行了1000次自增操作,期望的结果应该是1000*10=10000。很明显运行结果与期望结果不一致。结论是这个类是线程不安全的。为什么会出现这种情况了?

原因是count++这个操作不是原子性,其实这个自增操作是个复合操作:读-改-写。 如果我们了解汇编语言的话,对应自增操作的汇编程序可能是:

movl count, %eax  #将count的值读入eax的寄存器中,inc %eax  #寄存器eax里的值加1,即改写count值movl %eax, %ebx  #这里ebx寄存器存存放着count的内存地址,这里是值将改写的count值写入到内存中

那么这样就存在一个问题,假如就存在2个线程A和B操作变量count,初始化时刻count为0. 在线程A未写入改写值之前,比如在A线程执行步骤2的时刻, 线程B开始执行,如下所示:

线程A读入count值为0(步骤1)  -》  改写count值为1(步骤2)  -》 将改写后的count值写入内存中(步骤3) 

                    线程A读入count值为0 (步骤1)  -》  改写count值为1(步骤2)  -》 将改写后的count值写入内存中(步骤3)

因为线程A还没有更新改写count的值到内存,这时线程B读入count的值仍旧是0,导致最后2个线程结束后count的值为1。由此可见做了2次自增的操作,期望结果是2,但实际结果可能是1.这也是线程不安全的情况下,自增的操作的实际结果往往比期望结果小的原因。

下篇准备将讲什么情况是线程不安全的。