04-Java 多线程知识汇总（二）内存可见问题，线程死锁，volatile

内存不可见问题？如何解决？

图所示的是一个双核 CPU的系统架构，每个核有自己的控制器和运算器，其中控制器包含一组寄存器和操作控制器，运算器执行算术逻辑运算。每个核都有自己的一级缓存，在有些架构里面还有一个所有CPU都共享的二级缓存。那么Java内存模型里面的工作内存，就对应这里的L1或者L2缓存或者CPU的寄存器。

当一个线程操作共享变量时，它首先从主内存复制共享变量到自己的工作内存，然后对工作内存里的变量进行处理，处理完后将变量值更新到主内存。

那么假如线程A和线程B同时处理一个共享变量，会出现什么情况？我们使用图2-5所示CPU架构，假设线程A和线程B使用不同CPU执行，并且当前两级 Cache 都为空，那么这时候由于 Cache 的存在，将会导致内存不可见问题，具体看下面的分析。

• 线程A首先获取共享变量X的值，由于两级 Cache 都没有命中，所以加载主内存中X的值，假如为0。然后把X=0的值缓存到两级缓存，线程 A 修改 X 的值为 1，然后将其写入两级 Cache，并且刷新到主内存。线程A操作完毕后，线程A所在的CPU的两级Cache 内和主内存里面的X的值都是1。
• 线程B获取X的值，首先一级缓存没有命中，然后看二级缓存，二级缓存命中了，所以返回 X= 1；到这里一切都是正常的，因为这时候主内存中也是X=1。然后线程B修改X的值为2，并将其存放到线程2所在的一级 Cache 和共享二级 Cache 中，最后更新主内存中 X 的值为2；到这里一切都是好的。
• 线程A 这次又需要修改 X 的值，获取时一级缓存命中，并且 X=1，到这里问题就出现了，明明线程B 已经把 X 的值修改为了 2，为何线程A获取的还是1呢？这就是共享变量的内存不可见问题，也就是线程 B 写入的值对线程 A 不可见。**那么如何解决共享变量内存不可见问题？**使用 Java 中的 volatile 关键字就可以解决这个问题，

一般在什么时候才使用 volatile关键字呢？

• 写入变量值不依赖变量的当前值时。因为如果依赖当前值，将是获取—计算—写入三步操作，这三步操作不是原子性的，而volatile 不保证原子性。
• 读写变量值时没有加锁。因为加锁本身已经保证了内存可见性，这时候不需要把变量声明为 volatile 的。

死锁的四个条件

死锁的产生必须具备以下四个条件。

• 互斥条件：指线程对已经获取到的资源进行排它性使用，即该资源同时只由一个线程占用。如果此时还有其他线程请求获取该资源，则请求者只能等待，直至占有资源的线程释放该资源。
• 请求并持有条件：指一个线程已经持有了至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而新资源已被其他线程占有，所以当前线程会被阻塞，但阻塞的同时并不释放自己已经获取的资源。
• 不可剥夺条件：指线程获取到的资源在自己使用完之前不能被其他线程抢占，只有在自己使用完毕后才由自己释放该资源。
• 环路等待条件：指在发生死锁时，必然存在一个线程—资源的环形链，即线程集合{T0, T1, T2, …, Tn}中的T0正在等待一个T1占用的资源，T1 正在等待 T2 占用的资源，……Tn 正在等待已被T0占用的资源。

要想避免死锁，只需要破坏掉至少一个构造死锁的必要条件即可，但是学过操作系统的读者应该都知道，目前只有请求并持有和环路等待条件是可以被破坏的。

守护线程与用户线程

Java 中的线程分为两类，分别为 daemon 线程（守护线程）和 user 线程（用户线程）。在 JVM 启动时会调用 main 函数，main 函数所在的线程就是一个用户线程，其实在 JVM 内部同时还启动了好多守护线程，比如垃圾回收线程。那么守护线程和用户线程有什么区别呢？区别之一是当最后一个非守护线程结束时，JVM 会正常退出，而不管当前是否有守护线程，也就是说守护线程是否结束并不影响 JVM 的退出。言外之意，只要有一个用户线程还没结束，正常情况下 JVM 就不会退出。