什么是Volatile?
volitile是Java虚拟机提供轻量级的同步机制,它有以下三个重要概念
- 保证可见性(和JMM挂钩)
- 不保证原子性
- 禁止指令重排
什么是JMM?
JMM:Java内存模型,是一个不存在的东西,它是一个概念,是一个约定
关于JMM的一些同步的约定
1 线程解锁前 必须把共享变量刷回主存
2 线程加锁前 必须读取内存中的最新值到工作内存中
3 必须保证加锁和解锁是同一把锁
线程分为工作内容和主内存
JMM有八种内存交互操作
内存交互操作有8种，虚拟机实现必须保证每一个操作都是原子的，不可在分的（对于double和long类型的变量来说，load、store、read和write操作在某些平台上允许例外）
lock （锁定）：作用于主内存的变量，把一个变量标识为线程独占状态
unlock （解锁）：作用于主内存的变量，它把一个处于锁定状态的变量释放出来，释放后的变量才可以被其他线程锁定
read （读取）：作用于主内存变量，它把一个变量的值从主内存传输到线程的工作内存中，以便随后的load动作使用
load （载入）：作用于工作内存的变量，它把read操作从主存中变量放入工作内存中
use （使用）：作用于工作内存中的变量，它把工作内存中的变量传输给执行引擎，每当虚拟机遇到一个需要使用到变量的值，就会使用到这个指令
assign （赋值）：作用于工作内存中的变量，它把一个从执行引擎中接受到的值放入工作内存的变量副本中
store （存储）：作用于主内存中的变量，它把一个从工作内存中一个变量的值传送到主内存中，以便后续的write使用
write （写入）：作用于主内存中的变量，它把store操作从工作内存中得到的变量的值放入主内存的变量中
JMM对这八种指令的使用，制定了如下规则：
不允许read和load、store和write操作之一单独出现。即使用了read必须load，使用了store必须 write
不允许线程丢弃他最近的assign操作，即工作变量的数据改变了之后，必须告知主存
不允许一个线程将没有assign的数据从工作内存同步回主内存
一个新的变量必须在主内存中诞生，不允许工作内存直接使用一个未被初始化的变量。就是怼变量实施use、store操作之前，必须经过assign和load操作
一个变量同一时间只有一个线程能对其进行lock。多次lock后，必须执行相同次数的unlock才能解锁
如果对一个变量进行lock操作，会清空所有工作内存中此变量的值，在执行引擎使用这个变量前，必须重新load或assign操作初始化变量的值
如果一个变量没有被lock，就不能对其进行unlock操作。也不能unlock一个被其他线程锁住的变量
对一个变量进行unlock操作之前，必须把此变量同步回主内存
代码举例
package com.wyh.volatileDemo; import java.util.concurrent.TimeUnit; /** * @program: JUC * @description:JMMD和Volatile * @author: 魏一鹤 * @createDate: 2022-03-09 23:44 **/ public class volatileDemo01 { private static int num=0; //主线程 main线程 public static void main(String[] args) throws InterruptedException { //再开启一条线程 new Thread(()->{ //一直循环 while (num==0) { } }).start(); //休眠1s TimeUnit.SECONDS.sleep(1); //重新赋值num num=1; //打印num System.out.println(num); //1 } }
发现问题,变量修改但是没有通知程序,导致一直执行,这个时候就需要使用Volatile进行同步了
- 使用volatile验证问题
- 保证可见性
给变量增加volatile变量修饰
package com.wyh.volatileDemo; import java.util.concurrent.TimeUnit; /** * @program: JUC * @description:JMMD和Volatile * @author: 魏一鹤 * @createDate: 2022-03-09 23:44 **/ public class volatileDemo01 { //volatile修饰变量 //不加volatile程序就会死循环 没有可见性 private volatile static int num=0; //主线程 main线程 public static void main(String[] args) throws InterruptedException { //再开启一条线程 new Thread(()->{ //一直循环 /死循环 对主内存的数据变化是不知道的 //解决办法 给用到的变量使用volatile修饰.增加可见性 while (num==0) { } }).start(); //休眠1s TimeUnit.SECONDS.sleep(1); //重新赋值num num=1; //打印num System.out.println(num); //1 } }
通过结果发现使用volatile修饰变量之后就增加了可见性
- 不保证原子性
原子性:不可分隔 要么全部成功 要么全部失败
线程A在执行任务的时候是不能被打扰的,也不能被分隔,要么同时成功,要么同时失败
代码测试
package com.wyh.volatileDemo; import static java.lang.Thread.activeCount; /** * @program: JUC * @description: 验证Volatile的不可原子性 * @author: 魏一鹤 * @createDate: 2022-03-10 23:31 **/ //不保证原子性 public class volatileDemo02 { //volatile不会保证原子性 输出结果:19571 private volatile static int num=0; //只要调用一次方法就让num自增一次 //synchronized public static void add(){ num++; } public static void main(String[] args){ //20个线程同时调用add方法 每个线程调用1000次,理论上结果应该=20000 for (int i = 1; i <= 20; i++) { new Thread(()->{ for (int i1 = 0; i1 < 1000; i1++) { add(); } }).start(); } //判断线程存活 线程存活才进行操作 while (activeCount()>2){ //main gc //礼让线程 Thread.yield(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+num); // 没有做原子性操作 结果为19857 //如果解决这个原子性问题呢 //1 把add方法使用synchronized关键字进行修饰 保证线程同一执行 结果为20000 //2 加lock } }
如何不加lock和synchroinzed,怎么样保证原子性? 使用原子类,解决原子性问题
代码如下
package com.wyh.volatileDemo; import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger; import static java.lang.Thread.activeCount; /** * @program: JUC * @description: 验证Volatile的不可原子性 * @author: 魏一鹤 * @createDate: 2022-03-10 23:31 **/ //不保证原子性 public class volatileDemo02 { //volatile不会保证原子性 输出结果:19571 //解决原子性就要用原子类 把int换成AtomicInteger AtomicInteger:原子类int private static AtomicInteger num=new AtomicInteger(); //只要调用一次方法就让num自增一次 //synchronized public static void add(){ // num++; //不是一个原子性操作 num.getAndIncrement(); //= +1 并不是简单的+1 而是用的CAS(CPU的并发原理) 效率极高 } public static void main(String[] args){ //20个线程同时调用add方法 每个线程调用1000次,理论上结果应该=20000 for (int i = 1; i <= 20; i++) { new Thread(()->{ for (int i1 = 0; i1 < 1000; i1++) { add(); } }).start(); } //判断线程存活 线程存活才进行操作 while (activeCount()>2){ //main gc //礼让线程 Thread.yield(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+num); // 没有做原子性操作 结果为19857 //如果解决这个原子性问题呢 //1 把add方法使用synchronized关键字进行修饰 保证线程同一执行 结果为20000 //2 加lock } }
原子类为什么这么高级
属于CAS(CPU并发原理),效率极高,等到CAS知识点再详细说明
这些原子类的底层都直接和操作系统挂钩,直接在内存中修改值
- 禁止指令重排
什么是指令重排?
它是一种思想,我们写的程序,计算机并不是按照我们写的那样去执行的
源代码->编译器优化的重排->指令并行也可能重排->内存系统也会重排->执行
处理器在进行指令重排的时候,程序会考虑数据之间的依赖性
如何解决指令重排?
使用volatile可以避免指令重排.增加一个内存屏障(禁止上面指令和下面指令顺序交换,保证特定的操作的执行顺序)
指令重排在哪些场景使用的最多?
单例模式(DCL懒汉式)
