加餐 | 什么是数据的强、弱一致性？

刘超

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该思维导图由 AI 生成，仅供参考

你好，我是刘超。
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。
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”。
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。
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：
//代码1
public class Example {
    int x = 0;
    public void count() {
        x++;                     //1
        System.out.println(x)//2
    }
}
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：
Java 存储模型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？
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。

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本文介绍了并发编程中的数据一致性问题，主要涉及了强一致性、顺序一致性和弱一致性三种一致性级别。文章首先通过一个经典的案例说明了多线程操作共享变量可能出现的问题，引出了Java内存模型中的存储模型和重排序问题。接着详细解释了CPU缓存对共享变量操作的影响，以及编译器的重排序优化可能导致的问题。为了解决这些问题，Java提出了Happens-before规则来规范线程的执行顺序。最后，文章将一致性分为严格一致性、顺序一致性和弱一致性三个级别，并对它们进行了解释。通过本文的阐述，读者可以了解并发编程中的数据一致性问题及其解决方法，对于理解并发编程中的一致性保障具有一定的参考意义。

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THROW
老师您好，都说concurrenthashmap的get是弱一致性，但我不理解啊，volatile 修饰的变量读操作为什么会读不到最新的数据？
作者回复: 我们知道Node<k,v>以及Node<k,v>的value是volatile修饰的，所以在一个线程对其进行修改后，另一个线程可以马上看到。如果是一个新Node，那么就不能马上看到，虽然Node的数组table被volatile修饰，但是这样只是代表table的引用地址如果被修改，其他线程可以立马看到，并不代表table里的数据被修改立马可以看到。
2019-07-08
6
43
明翼
早看到就好了😁，老师请教下这么多知识点你是怎么记住的？
作者回复: 平时善于做笔记，除此之外，尝试将自己学到的知识点分享给其他人。
2019-07-10
2
17
Liam
老师好，请教一个问题：文中举例，数据不一致是多核CPU的高速缓存不一致导致的，是否意味着单核CPU多线程操作就不会发生数据不一致呢
作者回复: 也会的，线程安全除了要保证可见性，还需要保证原子性、有序性。
2019-07-06
4
9
钱
数据只要在不同的地方，且存在写操作就可能存在不一致性。不管是各级缓存中还是分布式集群中的某些节点中，都有类似的问题。线程间的数据一致性问题，由操作系统来去保证，分布式系统中的数据一致性问题由分布式协议的实现者去保证，不过确实不好弄，令人头疼。给老师点赞，讲的很棒，不过知识真是太多了，感觉越学越多，买的专栏都学不完，不学是不行的不进则退，如果英语好就占优势了，可以直接学习第一手的学习资料。
作者回复: 坚持看英文文档，到最后你就能流利的读任何英文文档说明了
2019-09-10

6
青梅煮酒
老师，请问一下，每核CPU都有自己的L1和L2，那么L1和L2的主要区别是什么呢？为什么不能合到一起呢？
作者回复: L1\L2\L3三个缓存的作用和实现的技术是不一样的，L1的内存大小是非常有限的，所以很多时候在L1获取缓存数据的命中率非常低。为了提高CPU读取的速率，在L1没有命中的缓存，可以进入到L2进行获取，L2的容量要比L1大，但离CPU核心更远。但还是能提高CPU读取缓存数据的速率。
2019-07-16

5
Lost In The Echo。
老师，请问强一致性和顺序一致性有什么区别吗？
作者回复: 顺序一致性是指单个线程的执行的顺序性，强一致性则指的是多个线程在全局时钟下的执行的顺序性。
2019-07-06

4
-W.LI-
老师容我问一个很基础的问题!父类private的属性会被子类继承么?子类创建的时候JVM给子类分配内存的时候，我看书上有说父类的属性会排在子类前面有可能穿插。可是没写是否会给子类分配父类的私有属性内存空间。子类创建的时候，会默认调用父类的无参构造器。这时候就会实例化一个父类对象么?(如果父类没有无参构造器会报错或者需要显示调用父类的有参构造器)。如果每次实力子类对象的时候都会先创建一个父类对象的话，滥用继承。就会浪费很多内存是么?对象头就需要8字节了。
作者回复: 子类会继承父类的private属性，但子类无法直接访问到private属性；子类创建时，不会创建一个父类对象的，只是调用了父类的构造函数初始化而已。
2019-07-06
2
4
菜菜
针对老师对留言1的回复，我想问下老师，Node<k,v>中除了value被volatile修饰了，next也被volatile修饰了呀，这样如果是新增新的Node的话，其他线程也不可以看到吗？
作者回复: 获取节点时是通过key值获取，并不一定通过next获取，所以不能代表对应key值中的value是最新的
2019-10-08

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尔冬橙
老师可以不可以讲一下threadlocal
作者回复: mark
2019-09-21

2
云封
老师，请问下，如果不存在操作共享变量的情况或者把共享产量存在redis中，多线程结果就不会发生由于指令重排而导致结果不一致的情况。
作者回复: 指令重排序不一定是由于共享变量导致的，这块需要结合具体的场景分析。
2019-07-07

2

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