xinyin025/learn.lianglianglee.com
1
0
Fork 0
mirror of https://github.com/zhwei820/learn.lianglianglee.com.git synced 2025-09-25 04:36:41 +08:00
Code Issues Actions Packages Projects Releases Wiki Activity
48163c6373
learn.lianglianglee.com/专栏/Java并发编程实战/加餐 什么是数据的强、弱一致性？.md.html
周伟 48163c6373 y
2022-05-11 18:52:13 +08:00

1079 lines
27 KiB
HTML
Raw Blame History

This file contains ambiguous Unicode characters

This file contains Unicode characters that might be confused with other characters. If you think that this is intentional, you can safely ignore this warning. Use the Escape button to reveal them.

<!DOCTYPE html>
<!-- saved from url=(0046)https://kaiiiz.github.io/hexo-theme-book-demo/ -->
<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">
<head>
<head>
<meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=UTF-8">
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1, maximum-scale=1.0, user-scalable=no">
<link rel="icon" href="/static/favicon.png">
<title>加餐 什么是数据的强、弱一致性？.md.html</title>
<!-- Spectre.css framework -->
<link rel="stylesheet" href="/static/index.css">
<!-- theme css & js -->
<meta name="generator" content="Hexo 4.2.0">
</head>
<body>
<div class="book-container">
<div class="book-sidebar">
<div class="book-brand">
<a href="/">
<img src="/static/favicon.png">
<span>技术文章摘抄</span>
</a>
</div>
<div class="book-menu uncollapsible">
<ul class="uncollapsible">
<li><a href="/" class="current-tab">首页</a></li>
</ul>
<ul class="uncollapsible">
<li><a href="../">上一级</a></li>
</ul>
<ul class="uncollapsible">
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/00 开篇词你为什么需要学习并发编程？.md">00 开篇词你为什么需要学习并发编程？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/01 如何制定性能调优标准？.md">01 如何制定性能调优标准？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/02 如何制定性能调优策略？.md">02 如何制定性能调优策略？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/03 字符串性能优化不容小觑，百M内存轻松存储几十G数据.md">03 字符串性能优化不容小觑，百M内存轻松存储几十G数据.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/04 慎重使用正则表达式.md">04 慎重使用正则表达式.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/05 ArrayList还是LinkedList？使用不当性能差千倍.md">05 ArrayList还是LinkedList？使用不当性能差千倍.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/06 Stream如何提高遍历集合效率？.md">06 Stream如何提高遍历集合效率？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/07 深入浅出HashMap的设计与优化.md">07 深入浅出HashMap的设计与优化.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/08 网络通信优化之IO模型：如何解决高并发下IO瓶颈？.md">08 网络通信优化之IO模型：如何解决高并发下IO瓶颈？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/09 网络通信优化之序列化：避免使用Java序列化.md">09 网络通信优化之序列化：避免使用Java序列化.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/10 网络通信优化之通信协议：如何优化RPC网络通信？.md">10 网络通信优化之通信协议：如何优化RPC网络通信？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/11 答疑课堂：深入了解NIO的优化实现原理.md">11 答疑课堂：深入了解NIO的优化实现原理.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/12 多线程之锁优化（上）：深入了解Synchronized同步锁的优化方法.md">12 多线程之锁优化（上）：深入了解Synchronized同步锁的优化方法.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/13 多线程之锁优化（中）：深入了解Lock同步锁的优化方法.md">13 多线程之锁优化（中）：深入了解Lock同步锁的优化方法.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/14 多线程之锁优化（下）：使用乐观锁优化并行操作.md">14 多线程之锁优化（下）：使用乐观锁优化并行操作.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/15 多线程调优（上）：哪些操作导致了上下文切换？.md">15 多线程调优（上）：哪些操作导致了上下文切换？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/16 多线程调优（下）：如何优化多线程上下文切换？.md">16 多线程调优（下）：如何优化多线程上下文切换？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/17 并发容器的使用：识别不同场景下最优容器.md">17 并发容器的使用：识别不同场景下最优容器.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/18 如何设置线程池大小？.md">18 如何设置线程池大小？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/19 如何用协程来优化多线程业务？.md">19 如何用协程来优化多线程业务？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/20 磨刀不误砍柴工：欲知JVM调优先了解JVM内存模型.md">20 磨刀不误砍柴工：欲知JVM调优先了解JVM内存模型.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/21 深入JVM即时编译器JIT，优化Java编译.md">21 深入JVM即时编译器JIT，优化Java编译.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/22 如何优化垃圾回收机制？.md">22 如何优化垃圾回收机制？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/23 如何优化JVM内存分配？.md">23 如何优化JVM内存分配？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/24 内存持续上升，我该如何排查问题？.md">24 内存持续上升，我该如何排查问题？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/25 答疑课堂：模块四热点问题解答.md">25 答疑课堂：模块四热点问题解答.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/26 单例模式：如何创建单一对象优化系统性能？.md">26 单例模式：如何创建单一对象优化系统性能？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/27 原型模式与享元模式：提升系统性能的利器.md">27 原型模式与享元模式：提升系统性能的利器.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/28 如何使用设计模式优化并发编程？.md">28 如何使用设计模式优化并发编程？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/29 生产者消费者模式：电商库存设计优化.md">29 生产者消费者模式：电商库存设计优化.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/30 装饰器模式：如何优化电商系统中复杂的商品价格策略？.md">30 装饰器模式：如何优化电商系统中复杂的商品价格策略？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/31 答疑课堂：模块五思考题集锦.md">31 答疑课堂：模块五思考题集锦.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/32 MySQL调优之SQL语句：如何写出高性能SQL语句？.md">32 MySQL调优之SQL语句：如何写出高性能SQL语句？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/33 MySQL调优之事务：高并发场景下的数据库事务调优.md">33 MySQL调优之事务：高并发场景下的数据库事务调优.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/34 MySQL调优之索引：索引的失效与优化.md">34 MySQL调优之索引：索引的失效与优化.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/35 记一次线上SQL死锁事故：如何避免死锁？.md">35 记一次线上SQL死锁事故：如何避免死锁？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/36 什么时候需要分表分库？.md">36 什么时候需要分表分库？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/37 电商系统表设计优化案例分析.md">37 电商系统表设计优化案例分析.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/38 数据库参数设置优化，失之毫厘差之千里.md">38 数据库参数设置优化，失之毫厘差之千里.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/39 答疑课堂：MySQL中InnoDB的知识点串讲.md">39 答疑课堂：MySQL中InnoDB的知识点串讲.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/41 如何设计更优的分布式锁？.md">41 如何设计更优的分布式锁？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/42 电商系统的分布式事务调优.md">42 电商系统的分布式事务调优.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/43 如何使用缓存优化系统性能？.md">43 如何使用缓存优化系统性能？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/44 记一次双十一抢购性能瓶颈调优.md">44 记一次双十一抢购性能瓶颈调优.md.html</a>
</li>
<li>
<a class="current-tab" href="/专栏/Java并发编程实战/加餐 什么是数据的强、弱一致性？.md">加餐 什么是数据的强、弱一致性？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/加餐 推荐几款常用的性能测试工具.md">加餐 推荐几款常用的性能测试工具.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/答疑课堂：模块三热点问题解答.md">答疑课堂：模块三热点问题解答.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/Java并发编程实战/结束语 栉风沐雨，砥砺前行！.md">结束语 栉风沐雨，砥砺前行！.md.html</a>
</li>
</ul>
</div>
</div>
<div class="sidebar-toggle" onclick="sidebar_toggle()" onmouseover="add_inner()" onmouseleave="remove_inner()">
<div class="sidebar-toggle-inner"></div>
</div>
<script>
function add_inner() {
let inner = document.querySelector('.sidebar-toggle-inner')
inner.classList.add('show')
}
function remove_inner() {
let inner = document.querySelector('.sidebar-toggle-inner')
inner.classList.remove('show')
}
function sidebar_toggle() {
let sidebar_toggle = document.querySelector('.sidebar-toggle')
let sidebar = document.querySelector('.book-sidebar')
let content = document.querySelector('.off-canvas-content')
if (sidebar_toggle.classList.contains('extend')) { // show
sidebar_toggle.classList.remove('extend')
sidebar.classList.remove('hide')
content.classList.remove('extend')
} else { // hide
sidebar_toggle.classList.add('extend')
sidebar.classList.add('hide')
content.classList.add('extend')
}
}
function open_sidebar() {
let sidebar = document.querySelector('.book-sidebar')
let overlay = document.querySelector('.off-canvas-overlay')
sidebar.classList.add('show')
overlay.classList.add('show')
}
function hide_canvas() {
let sidebar = document.querySelector('.book-sidebar')
let overlay = document.querySelector('.off-canvas-overlay')
sidebar.classList.remove('show')
overlay.classList.remove('show')
}
</script>
<div class="off-canvas-content">
<div class="columns">
<div class="column col-12 col-lg-12">
<div class="book-navbar">
<!-- For Responsive Layout -->
<header class="navbar">
<section class="navbar-section">
<a onclick="open_sidebar()">
<i class="icon icon-menu"></i>
</a>
</section>
</header>
</div>
<div class="book-content" style="max-width: 960px; margin: 0 auto;
overflow-x: auto;
overflow-y: hidden;">
<div class="book-post">
<p id="tip" align="center"></p>
<div><h1>加餐 什么是数据的强、弱一致性？</h1>
<p>你好，我是刘超。</p>
<p>在[第 17 讲]讲解并发容器的时候，我提到了“强一致性”和“弱一致性”。很多同学留言表示对这个概念没有了解或者比较模糊，今天这讲加餐就来详解一下。</p>
<p>说到一致性，其实在系统的很多地方都存在数据一致性的相关问题。除了在并发编程中保证共享变量数据的一致性之外，还有数据库的 ACID 中的 C（Consistency 一致性）、分布式系统的 CAP 理论中的 C（Consistency 一致性）。下面我们主要讨论的就是“并发编程中共享变量的一致性”。</p>
<p>在并发编程中，Java 是通过共享内存来实现共享变量操作的，所以在多线程编程中就会涉及到数据一致性的问题。</p>
<p>我先通过一个经典的案例来说明下多线程操作共享变量可能出现的问题，假设我们有两个线程（线程 1 和线程 2）分别执行下面的方法，x 是共享变量：</p>
<pre><code>// 代码 1
public class Example {
int x = 0;
public void count() {
x++; //1
System.out.println(x)//2
}
}
</code></pre>
<p><img src="assets/e1dfb18f71c76d1468fa94d43f8ca933.jpg" alt="img" /></p>
<p>如果两个线程同时运行，两个线程的变量的值可能会出现以下三种结果：</p>
<p><img src="assets/fb45f0c91af1a063d1f2db28dd21c49b.jpg" alt="img" /></p>
<h2>Java 存储模型</h2>
<p>2,1 和 1,2 的结果我们很好理解，那为什么会出现以上 1,1 的结果呢？</p>
<p>我们知道，Java 采用共享内存模型来实现多线程之间的信息交换和数据同步。在解释为什么会出现这样的结果之前，我们先通过下图来简单了解下 Java 的内存模型（第 21 讲还会详解），程序在运行时，局部变量将会存放在虚拟机栈中，而共享变量将会被保存在堆内存中。</p>
<p><img src="assets/dfd02c98d495c4c4ed201ea7fe0e3f8b.jpg" alt="img" /></p>
<p>由于局部变量是跟随线程的创建而创建，线程的销毁而销毁，所以存放在栈中，由上图我们可知，Java 栈数据不是所有线程共享的，所以不需要关心其数据的一致性。</p>
<p>共享变量存储在堆内存或方法区中，由上图可知，堆内存和方法区的数据是线程共享的。而堆内存中的共享变量在被不同线程操作时，会被加载到自己的工作内存中，也就是 CPU 中的高速缓存。</p>
<p>CPU 缓存可以分为一级缓存（L1）、二级缓存（L2）和三级缓存（L3），每一级缓存中所储存的全部数据都是下一级缓存的一部分。当 CPU 要读取一个缓存数据时，首先会从一级缓存中查找；如果没有找到，再从二级缓存中查找；如果还是没有找到，就从三级缓存或内存中查找。</p>
<p>如果是单核 CPU 运行多线程，多个线程同时访问进程中的共享数据，CPU 将共享变量加载到高速缓存后，不同线程在访问缓存数据的时候，都会映射到相同的缓存位置，这样即使发生线程的切换，缓存仍然不会失效。</p>
<p>如果是多核 CPU 运行多线程，每个核都有一个 L1 缓存，如果多个线程运行在不同的内核上访问共享变量时，每个内核的 L1 缓存将会缓存一份共享变量。</p>
<p>假设线程 A 操作 CPU 从堆内存中获取一个缓存数据，此时堆内存中的缓存数据值为 0，该缓存数据会被加载到 L1 缓存中，在操作后，缓存数据的值变为 1，然后刷新到堆内存中。</p>
<p>在正好刷新到堆内存中之前，又有另外一个线程 B 将堆内存中为 0 的缓存数据加载到了另外一个内核的 L1 缓存中，此时线程 A 将堆内存中的数据刷新到了 1，而线程 B 实际拿到的缓存数据的值为 0。</p>
<p>此时，内核缓存中的数据和堆内存中的数据就不一致了，且线程 B 在刷新缓存到堆内存中的时候也将覆盖线程 A 中修改的数据。这时就产生了数据不一致的问题。</p>
<p><img src="assets/3835ed3c7df4f859cc77de5d829dab05.jpg" alt="img" /></p>
<p>了解完内存模型之后，结合以上解释，我们就可以回过头来看看第一段代码中的运行结果是如何产生的了。看到这里，相信你可以理解图中 1,1 的运行结果了。</p>
<p><img src="assets/dcaf4e9441871ca17f9b263cbd2b082e.jpg" alt="img" /></p>
<h2>重排序</h2>
<p>除此之外，在 Java 内存模型中，还存在重排序的问题。请看以下代码：</p>
<pre><code>// 代码 1
public class Example {
int x = 0;
boolean flag = false;
public void writer() {
x = 1; //1
flag = true; //2
}
public void reader() {
if (flag) { //3
int r1 = x; //4
System.out.println(r1==x)
}
}
}
</code></pre>
<p><img src="assets/ae1dc00bfc5e3a751cc427841d14c9a8.jpg" alt="img" /></p>
<p>如果两个线程同时运行，线程 2 中的变量的值可能会出现以下两种可能：</p>
<p><img src="assets/ca6a5d4bb77ff67b1d30fcaac37c25d6.jpg" alt="img" /></p>
<p>现在一起来看看 r1=1 的运行结果，如下图所示：</p>
<p><img src="assets/0c1e6c9a2951b1ba87b32be15708f633.jpg" alt="img" /></p>
<p>那 r1=0 又是怎么获取的呢？我们再来看一个时序图：</p>
<p><img src="assets/880cbe050a2f65b1d9b457588f64f117.jpg" alt="img" /></p>
<p>在不影响运算结果的前提下，编译器有可能会改变顺序代码的指令执行顺序，特别是在一些可以优化的场景。</p>
<p>例如，在以下案例中，编译器为了尽可能地减少寄存器的读取、存储次数，会充分复用寄存器的存储值。如果没有进行重排序优化，正常的执行顺序是步骤 1\2\3，而在编译期间进行了重排序优化之后，执行的步骤有可能就变成了步骤 1/3/2 或者 2/1/3，这样就能减少一次寄存器的存取次数。</p>
<pre><code>int x = 1;// 步骤 1：加载 x 变量的内存地址到寄存器中，加载 1 到寄存器中，CPU 通过 mov 指令把 1 写入到寄存器指定的内存中
boolean flag = true; // 步骤 2 加载 flag 变量的内存地址到寄存器中，加载 true 到寄存器中，CPU 通过 mov 指令把 1 写入到寄存器指定的内存中
int y = x + 1;// 步骤 3 重新加载 a 变量的内存地址到寄存器中，加载 1 到寄存器中，CPU 通过 mov 指令把 1 写入到寄存器指定的内存中
</code></pre>
<p>在 JVM 中，重排序是十分重要的一环，特别是在并发编程中。可 JVM 要是能对它们进行任意排序的话，也可能会给并发编程带来一系列的问题，其中就包括了一致性的问题。</p>
<h2>Happens-before 规则</h2>
<p>为了解决这个问题，Java 提出了 Happens-before 规则来规范线程的执行顺序：</p>
<ul>
<li>程序次序规则：在单线程中，代码的执行是有序的，虽然可能会存在运行指令的重排序，但最终执行的结果和顺序执行的结果是一致的；</li>
<li>锁定规则：一个锁处于被一个线程锁定占用状态，那么只有当这个线程释放锁之后，其它线程才能再次获取锁操作；</li>
<li>volatile 变量规则：如果一个线程正在写 volatile 变量，其它线程读取该变量会发生在写入之后；</li>
<li>线程启动规则：Thread 对象的 start() 方法先行发生于此线程的其它每一个动作；</li>
<li>线程终结规则：线程中的所有操作都先行发生于对此线程的终止检测；</li>
<li>对象终结规则：一个对象的初始化完成先行发生于它的 finalize() 方法的开始；</li>
<li>传递性：如果操作 A happens-before 操作 B，操作 B happens-before 操作 C，那么操作 A happens-before 操作 C；</li>
<li>线程中断规则：对线程 interrupt() 方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生。</li>
</ul>
<p><strong>结合这些规则，我们可以将一致性分为以下几个级别：</strong></p>
<p>严格一致性（强一致性）：所有的读写操作都按照全局时钟下的顺序执行，且任何时刻线程读取到的缓存数据都是一样的，Hashtable 就是严格一致性；</p>
<p><img src="assets/650c9490bad5962cfcdd4bedf3e41f6b.jpg" alt="img" /></p>
<p>顺序一致性：多个线程的整体执行可能是无序的，但对于单个线程而言执行是有序的，要保证任何一次读都能读到最近一次写入的数据，volatile 可以阻止指令重排序，所以修饰的变量的程序属于顺序一致性；</p>
<p><img src="assets/6d70a02e0a4fb51259bd6ffcac0f75c6.jpg" alt="img" /></p>
<p>弱一致性：不能保证任何一次读都能读到最近一次写入的数据，但能保证最终可以读到写入的数据，单个写锁 + 无锁读，就是弱一致性的一种实现。</p>
</div>
</div>
<div>
<div style="float: left">
<a href="/专栏/Java并发编程实战/44 记一次双十一抢购性能瓶颈调优.md">上一页</a>
</div>
<div style="float: right">
<a href="/专栏/Java并发编程实战/加餐 推荐几款常用的性能测试工具.md">下一页</a>
</div>
</div>
</div>
</div>
</div>
</div>
<a class="off-canvas-overlay" onclick="hide_canvas()"></a>
</div>
<script defer src="https://static.cloudflareinsights.com/beacon.min.js/v652eace1692a40cfa3763df669d7439c1639079717194" integrity="sha512-Gi7xpJR8tSkrpF7aordPZQlW2DLtzUlZcumS8dMQjwDHEnw9I7ZLyiOj/6tZStRBGtGgN6ceN6cMH8z7etPGlw==" data-cf-beacon='{"rayId":"709971c12de63d60","version":"2021.12.0","r":1,"token":"1f5d475227ce4f0089a7cff1ab17c0f5","si":100}' crossorigin="anonymous"></script>
</body>
<!-- Global site tag (gtag.js) - Google Analytics -->
<script async src="https://www.googletagmanager.com/gtag/js?id=G-NPSEEVD756"></script>
<script>
window.dataLayer = window.dataLayer || [];
function gtag() {
dataLayer.push(arguments);
}
gtag('js', new Date());
gtag('config', 'G-NPSEEVD756');
var path = window.location.pathname
var cookie = getCookie("lastPath");
console.log(path)
if (path.replace("/", "") === "") {
if (cookie.replace("/", "") !== "") {
console.log(cookie)
document.getElementById("tip").innerHTML = "<a href='" + cookie + "'>跳转到上次进度</a>"
}
} else {
setCookie("lastPath", path)
}
function setCookie(cname, cvalue) {
var d = new Date();
d.setTime(d.getTime() + (180 * 24 * 60 * 60 * 1000));
var expires = "expires=" + d.toGMTString();
document.cookie = cname + "=" + cvalue + "; " + expires + ";path = /";
}
function getCookie(cname) {
var name = cname + "=";
var ca = document.cookie.split(';');
for (var i = 0; i < ca.length; i++) {
var c = ca[i].trim();
if (c.indexOf(name) === 0) return c.substring(name.length, c.length);
}
return "";
}
</script>
</html>
Reference in New Issue View Git Blame Copy Permalink