重学Volatile

简介: 并发,是多个线程去访问同一个资源;并行,各种事情同时在做。volatile是java虚拟机提供的**轻量级**的**同步机制**三大特性,保证可见性,不保证原子性,禁止指令重排序先说下JMM(java内存模型Java Memory Model)本身是一种抽象的概念并不是真实存在的,它描述的是一组规则或规范,通过这组规范定义了程序中各个变量(包括实例字段,静态字段和构成数组对象的元素)的访问方式。

并发,是多个线程去访问同一个资源;并行,各种事情同时在做。

volatile是java虚拟机提供的轻量级同步机制

三大特性,保证可见性,不保证原子性,禁止指令重排序

先说下JMM(java内存模型Java Memory Model)本身是一种抽象的概念并不是真实存在的,它描述的是一组规则或规范,通过这组规范定义了程序中各个变量(包括实例字段,静态字段和构成数组对象的元素)的访问方式。

JMM关于同步的规定:

  • 1、线程解锁前,必须把共享变量的值刷新回主内存;
  • 2、线程加锁前,必须读取主内存的最新值到自己的工作内存
  • 3、加锁解锁是同一把锁

要求可见性,保证原子性、有序性,但是volatile只能保证两个,所以说volatile是轻量级的同步机制。

由于JVM运行程序的实体是线程,而每个线程创建时JVM都会为其创建一个工作内存(有些地方称为栈空间),工作内存是每个线程的私有数据区域,而Java内存模型中规定所有变量都存储在主内存中,主内存是共享内存区域,所有线程都可以访问,但线程对变量的操作(读取赋值等)必须在工作内存中进行,首先将变量从主内存拷贝到自己的工作内存空间,然后对变量进行操作,操作完成后再将变量写回主内存,不能直接操作主内存中的变量,各个线程中的工作内存中存储着主内存中的变量副本考本,因此不同的线程间无法访问对方的工作内存,线程间的通信(传值)必须通过主内存来完成,如图所示。
image.png

一、volatile 保证可见性,就是数据都存放在主内存中,各个线程想要修改主内存的数据时,需要把主内存的数据,复制一份到自己的工作内存中,修改数据后,把数据再写回给主内存,其他线程再从主内存中获取最新的数据值。 代码验证

class MyData{
   volatile int number=0;
    public void addNumber(){
        this.number=60;
    }
  }
 
public class voliteDemo{
    public static void main(String args[]){
        MyData myData = new MyData();
        
        new Thread(()->{
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t come in");
        try{
        TimeUnit.SECONDS.sleep(3);  
        }catch(InterruptedException e){
            e.printStackTrace();
        }
        myData.addNumber();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t update number value" + myData.number);
        
        },"AAA").start();
        
        while(myData.number==0){}
        
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t main thread  vaule "+ myData.number);
         
    }
 
}

总结,线程AAA,和主线程是两个线程。线程AAA,修改了变量的值后,如果不加volatile修饰变量,主线程是不知道变量变更的,如果加了volatile修饰变量,修改变量的值后,主线程是可以知道修改后的变量的值。添加volatile关键字修饰,可以保证可见性。

二、volatile不保证原子性,什么是原子性呢,不可分割,完整性,即某个线程正在处理某个业务的时候,中间不可以被加塞或者被分割,需要整体完整要么同时成功,要么同时失败。

class MyData{
    volatile int number = 0;
   
    public void addPlusPlus(){
        number++;
       
    }
}
 
 
class MyDataDemo{
    public static void main(String args[]){
        MyData myData = new MyData();
        for(int i =1;i<=20;i++){
              new Thread(()->{
                  for(j=1;j<=1000;j++){
                  myData.addPlusPlus();
                  }
              },String.valueof(i)).start();
        }
        while(Thread.activeCount() >2){
            Thread.yield();
        }
        
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t number value "+myData.number);
    
    }
 
}

运行之后number的值会小于20000,说明volatile不能保证原子性。多线程访问方法,会出现丢数据的情况。说明下为什么不能保证原子性,因为多个线程去修改主内存中的变量时,都是把主内存的变量复制到自己的工作内存中,每个线程修改完变量后,再回写回主内存。当一个线程修改变量的值后,回写回主内存和其他的线程回写回主内存的值是一样的,所以被覆盖了,就会出现丢数据的情况。 解决保证原子性,可以使用synchronized,但是使用synchronized太重了,不建议使用。可以使用AtomicInterger。修改代码

class MyData{
    volatile int number =0;
    
    AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();
    
    public void addAtomic(){
        atomicInteger.getAndIncrement();
    }
 
}
 
 
public class VolatileDemo{
 
    public static void main(String args[]){
    
    MyData myData = new MyData();
    
    for(inti=0; i<20;i++){
         new Thread(()->{
                  for(j=1;j<=1000;j++){
                  myData.addAtomic();
                  }
              },String.valueof(i)).start();
    
    }
    
  while(Thread.activeCount() >2){
            Thread.yield();
        }
        
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t number value "+myData.atomicInteger);
 
}
 
}

这个时候就可以保证原子性 为什么加了atomic就可以解决原子性,因为使用了CAS(比较再交换)。

三、volatile,禁止指令重排序。在多线程的情况下,源码写的顺序,编译器写的顺序不一定会一样。单线程的时候,确保程序最终执行结果和代码顺序执行结果的一致性。 源代码->编译器优化的重排->指令并行的重排->内存系统的重排->最终执行的指令。

int a,b,x,y = 0;
 
 
线程1           线程2
x=a;            y=b;
b=1;            a=2;
输出x=0 y=0
如果编译器对这个段代码重排优化,
线程1           线程2
b=1;           a=2;
x=a;           y=b;
输出x= 2,y=1;

这就编译器修改了执行的顺序,带来的结果不一样。然后使用volatile关键字修饰变量后,编译器就不会再进行重排序。

线程安全性获得保证:

工作内存与主内存同步数据延迟现象导致可见性的问题,可以使用synchronized和volatile关键字解决,它们都可以使一个线程修改后的变量立即对其它线程可见。

对于指令重排序导致的可见性问题,可以使用volatile关键字解决,因为volatile可以禁止指令重排序。

哪些地方用到了volatile:

单例模式,使用双重判断,出现指令重排,使用volatile禁止指令重排。

CAS的源码,JUC的包里大量使用的volatile。

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