java并发-volatile关键字

一. 内存模型

java每个线程具有独立的缓存

i = i + 1;

线程会把i读到缓存，然后i+1，然后存到主存，多线程时缓存不一致，但是内存中修改的内容是一份。
解决方式：

总线加锁：只有一个线程能够读主存该值
缓存一致性协议：比如MESI机制，通知线程这个缓存无效，在内存重新读取

二. 并发编程中的三个概念

原子性
一个操作或者多个操作要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断，要么就都不执行,类似事务
可见性
当多个线程访问同一个变量时，一个线程修改了这个变量的值，其他线程能够立即看得到修改的值

//线程1执行的代码
int i = 0;
i = 10;
 
//线程2执行的代码
j = i;

在缓存情况下，线程1修改的是线程1缓存中的值，如果没有立即写会内存，线程2读取的值是旧结果。

有序性
jvm会进行指令重排序，处理器在进行重排序时是会考虑指令之间的数据依赖性；
指令重排序不会影响单个线程的执行，但是会影响到线程并发执行的正确性。

三. Java内存模型

java内存模型规定：

有的变量都是存在主存当中
每个线程都有自己的工作内存
线程对变量的所有操作都必须在工作内存中进行，而不能直接对主存进行操作
每个线程不能访问其他线程的工作内存

原子性
对基本数据类型的变量的读取和赋值操作是原子性操作

x = 10;         //语句1
y = x;         //语句2
x++;           //语句3
x = x + 1;     //语句4

只有第一句是原子的：

语句1是直接将数值10赋值给x，也就是说线程执行这个语句的会直接将数值10写入到工作内存中。
语句2实际上包含2个操作，它先要去读取x的值，再将x的值写入工作内存，虽然读取x的值以及将x的值写入工作内存这2个操作都是原子性操作，但是合起来就不是原子性操作了。
x++和 x = x+1包括3个操作：读取x的值，进行加1操作，写入新的值。

只有简单的读取、赋值（而且必须是将数字赋值给某个变量，变量之间的相互赋值不是原子操作）才是原子操作

可见性
Java提供了volatile关键字来保证可见性
当一个共享变量被volatile修饰时，它会保证修改的值会立即被更新到主存，当有其他线程需要读取时，它会去内存中读取新值

有序性
Java内存模型具备一些先天的,happens-before 原则

程序次序规则：一个线程内，按照代码顺序，书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作
锁定规则：一个unLock操作先行发生于后面对同一个锁额lock操作
volatile变量规则：对一个变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作
传递规则：如果操作A先行发生于操作B，而操作B又先行发生于操作C，则可以得出操作A先行发生于操作C
线程启动规则：Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每个一个动作
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
线程终结规则：线程中所有的操作都先行发生于线程的终止检测，我们可以通过Thread.join()方法结束、Thread.isAlive()的返回值手段检测到线程已经终止执行
对象终结规则：一个对象的初始化完成先行发生于他的finalize()方法的开始

四. volatile

不同线程可见性：即一个线程修改了某个变量的值，这新值对其他线程来说是立即可见的
禁止指令重排
例子1：可见性

//线程1
boolean stop = false;
while(!stop){
    doSomething();
}
 
//线程2
stop = true;

线程1运行，利用线程2终止线程1
如果线程2把值更改之后，没哟及时写入缓存，这时线程1仍然在运行。
使用volatile关键字，会强制修改的值立即写入主存，并且使线程1中stop缓存失效。线程1读取会从主存重新读取。

例子2：无法保证原子性

public class Test {
    public volatile int inc = 0;
     
    public void increase() {
        inc++;
    }
     
    public static void main(String[] args) {
        final Test test = new Test();
        for(int i=0;i<10;i++){
            new Thread(){
                public void run() {
                    for(int j=0;j<1000;j++)
                        test.increase();
                };
            }.start();
        }
         
        while(Thread.activeCount()>1)  //保证前面的线程都执行完
            Thread.yield();
        System.out.println(test.inc);
    }
}

自增操作不是原子性操作，而且volatile也无法保证对变量的任何操作都是原子性的
可以使用synchronized、Lock、AtomicInteger的方式保证原子性

例子3：一定程度的有序性
volatile关键字禁止指令重排序有两层意思

当程序执行到volatile变量的读操作或者写操作时，在其前面的操作的更改肯定全部已经进行，且结果已经对后面的操作可见；在其后面的操作肯定还没有进行；
在进行指令优化时，不能将在对volatile变量访问的语句放在其后面执行，也不能把volatile变量后面的语句放到其前面执行。

//x、y为非volatile变量
//flag为volatile变量
 
x = 2;        //语句1
y = 0;        //语句2
flag = true;  //语句3
x = 4;         //语句4
y = -1;       //语句5

保证1,2句在3前，4,5句在3后
但是不保证1,2和4,5内部的顺序

例子4：一定程度的有序性

//线程1:
context = loadContext();   //语句1
inited = true;             //语句2
 
//线程2:
while(!inited ){
  sleep()
}
doSomethingwithconfig(context);

如果用volatile修饰inited，可以保证每个线程中，执行到inited时，loadContext()都执行完毕。

加入volatile开关键字，会多出一个lock前缀指令
lock前缀指令实际上相当于一个内存屏障，提供三个功能：

它确保指令重排序时不会把其后面的指令排到内存屏障之前的位置，也不会把前面的指令排到内存屏障的后面；即在执行到内存屏障这句指令时，在它前面的操作已经全部完成；
它会强制将对缓存的修改操作立即写入主存；
如果是写操作，它会导致其他CPU中对应的缓存行无效。

五. volatile使用场景

1）对变量的写操作不依赖于当前值
2）该变量没有包含在具有其他变量的不变式中
可以被写入 volatile 变量的这些有效值独立于任何程序的状态，包括变量的当前状态

状态标记量

//线程1
volatile boolean flag = false;
 
while(!flag){
    doSomething();
}
//线程2
public void setFlag() {
    flag = true;
}

volatile boolean inited = false;
//线程1:
context = loadContext();  
inited = true;            
 
//线程2:
while(!inited ){
sleep()
}
doSomethingwithconfig(context);

double check
双重检查的单例模式必须加volatile

class Singleton{
    private volatile static Singleton instance = null;
    private Singleton() {}
     
    public static Singleton getInstance() {
        if(instance==null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if(instance==null)
                    instance = new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }
}

posted @ 2016-09-02 20:46 zhangshihai1232 阅读(97) 评论(0) 收藏举报

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