网站建设kuhugz,企业网站的建设原则是什么?,手机自适应网站建设维护,网站表单点击切换浅谈volatile简介JMM概述volatile的特性1、可见性举个例子总结2、无法保证原子性举个例子分析使用volatile对原子性测试使用锁的机制总结3、禁止指令重排什么是指令重排序重排序怎么提高执行速度重排序的问题所在volatile禁止指令重排序内存屏障(Memory Barrier)作用volatile内…
浅谈volatile简介JMM概述volatile的特性1、可见性举个例子总结2、无法保证原子性举个例子分析使用volatile对原子性测试使用锁的机制总结3、禁止指令重排什么是指令重排序重排序怎么提高执行速度重排序的问题所在volatile禁止指令重排序内存屏障(Memory Barrier)作用volatile内存屏障的插入策略简介
volatile是Java语言中的一种轻量级的同步机制它可以确保共享变量的内存可见性也就是当一个线程修改了共享变量的值时其他线程能够立即知道这个修改。跟synchronized一样都是同步机制但是相比之下synchronized属于重量级锁volatile属于轻量级锁。
JMM概述
JMM就是Java内存模型(Java Memory Model)是Java虚拟机规范的一种内存模型屏蔽掉各种硬件和操作系统的内存访问差异以实现让Java程序在各种平台下都能达到一致的并发效果。 Java内存模型规定了Java程序的变量包括实例变量静态变量但是不包括局部变量和方法参数全部存储在主内存中定义了各种变量线程的共享变量的访问规则以及在JVM中将变量存储到主内存与从主内存读取变量的底层细节。 JMM的规定 ● 所有共享变量都存在于主内存包括实例变量静态变量但是不包括局部变量和方法参数因为局部变量是线程私有不存在竞争问题。 ● 每个线程都有自己的工作内存所需要的变量是主内存中的副本。 ● 线程对变量的读、写操作都只能在工作内存中完成不能直接参与读写主内存的变量。 ● 不同的线程也不能去直接访问不同线程的工作内存的变量线程间的变量传递需要通过主内存来中转完成。
volatile的特性
1、可见性
volatile可以保证线程的可见性即当多个线程访问同一个变量的时候此变量发生改变其他线程也能实时获得到这个修改的值。 在java中变量都会被放在推内存(所有线程共享的内存)中多个线程对共享内存是不可见的当每个线程去获取这个变量的值时实际上是copy一份副本在线程自身的工作内存中。
举个例子
我们将main作为主线程MyThread为子线程。在子线程中定义一个共享变量flag主线程会去访问这个共享变量。在不加volatile的时候flag在主线程读到的永远是为false因为两个线程是不可见的。
public class T2_Volatile01 {public static void main(String[] args) { // 主线程MyThread my new MyThread();my.start();while (true) {if (my.isFlag()) System.out.println(进入等待...);}}
}class MyThread extends Thread { // 子线程private volatile boolean flag false;Overridepublic void run() {try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}flag true;System.out.println(flag 修改完毕);}public boolean isFlag() {return flag;}public void setFlag(boolean flag) {this.flag flag;}
}实际上是已经修改了的只是线程读的都是自己的工作内存中的数据然而要解决这个问题可以使用synchronized加锁和volatile修饰共享变量来解决这两种都能让主线程拿到子线程修改的变量的值。
synchronized (my) {if (my.isFlag()) System.out.println(进入等待...);
}加了synchronized锁首先该线程会获得锁对象接着会去清空工作内存再从主内存中copy一份最新的值到工作变量中接着执行代码 打印输出最后释放锁。 当然还能使用volatile关键字去修饰共享变量。一开始子线程从主内存中获取变量的副本到自己的工作内存进行改值此时还未写回主内存主线程从主内存获取的变量的值也是一开始的初始值等到子线程写回到主内存时接下来其他线程的工作内存中此变量的副本将会失效也就是类似于监听。在需要对此变量进行操作的时候将会到主内存获取新的值保存到线程自身的工作内存中从而确保了数据的一致。
总结
volatile能够保证不同线程对共享变量的可见性也就是修改过的volatile修饰的共享变量只要被写回到主内存中其他线程就能够马上看到最新的数据。 当一个线程对volatile修饰的变量进行写的操作时候JMM会立即把该线程自身的工作内存的共享变量刷新到主内存中。 当对线程进行读操作的时候JMM会立即把当前线程自身的工作内存设置无效从而从主内存中去获取共享变量的数据。
2、无法保证原子性
原子性指的是一项操作要么都执行要么都不执行中途不允许中断也不受其他线程干扰。
举个例子
我们看以下案例代码简单描述一下AutoAccretion是一个线程类里面定义了一个共享变量count并去执行1万次的自增在main线程中调用多线程去执行自增。我们所期望的结果是最终count的值是1000000因为每个线程自增1万次一共100个线程。
public class T3_Volatile01 {public static void main(String[] args) {Runnable thread new AutoAccretion();for (int i 1; i 100; i) {new Thread(thread, 线程 i).start();}}
}class AutoAccretion implements Runnable {private int count 0;Overridepublic void run() {for (int i 1; i 10000; i) {count;System.out.println(Thread.currentThread().getName() count count);}}
}分析
count操作首先会从主内存中拷贝变量副本到工作内存中在工作内存中进行自增操作最后将工作内存的数据写回主内存中。运行之后会发现count的值是没办法到达1百万的。主要原因是count自增操作并不是原子性的也就是说在进行count的时候可能被其他线程打断。 当线程1拿到count0进行自增后count1但是还没写到主内存线程2获取的数据可能也是count0经过自增count1两者在写回内存就会导致数据的错误。
使用volatile对原子性测试
现在通过volatile去修饰共享变量运行之后发现任然没办法达到一百万。
使用锁的机制
通过使用synchronized锁对代码快进行加锁从而确保原子性确保某个线程对count进行操作不受其他线程的干扰。
class AutoAccretion implements Runnable {private volatile int count 0; // 并发下可见性Overridepublic void run() {synchronized (this) {for (int i 1; i 10000; i) {count;System.out.println(Thread.currentThread().getName() count count);}}}
}通过验证可以知道能够实现原子性。
总结
在多线程下volatile关键字可以保证共享变量的可见性但是不能保证对变量操作的原子性因此在多线程下即使加了volatile修饰的变量也是线程不安全的。要保证原子性就得通过加锁的机制。 除了这个方法Java还能用过 原子类java.util.concurrent.atomic包 来保证原子性。
3、禁止指令重排
什么是指令重排序
指令重排序为了提高程序性能编译器和处理器会对代码指令的执行顺序进行重排序。 良好的内存模型实际上会通过软件和硬件一同尽可能提高执行效率。JMM对底层约束尽量减少在执行程序时为了提高性能编译器和处理器会对指令进行重排序。 一般重排序有以下三种 ● 编译器优化的重排序编译器在不改变单线程程序语义可以对执行顺序进行排序。 ● 指令集并行的重排序如果指令不存在相互依赖那么指令可以改变执行的顺序从而能够减少load/store操作。 ● 内存系统的重排序处理器使用缓存和读/写缓存区使得加载和存储操作是乱序执行的。
重排序怎么提高执行速度
在不改变结果的时候对执行进行重排序可以提高处理速度。重排序后能够使处理指令执行的更少减少指令操作。
重排序的问题所在
由于重排序直接可能带来的问题就是导致最终的数据不对通过以下例子来看如果执行的顺序不同最终得到的结果是不一样的。
public class T4_Reordering {public static int a 0, b 0;public static int i 0, j 0;public static void main(String[] args) throws InterruptedException {int count 0;while (true) {count;// 初始化a 0;b 0;i 0;j 0;Thread one new Thread(new Runnable() {Overridepublic void run() {a 1;i b;}});Thread two new Thread(new Runnable() {Overridepublic void run() {b 1;j a;}});one.start();two.start();one.join(); // 确保线程都执行完毕two.join();System.out.println(第 count 次线程执行i i , j j );if (i 0 j 0) return;}}
}正常当线程都执行结束之后最后得到的值应该是i1, j1。通过不断的循环执行可以看到出现的结果会出错当先执行了ja(此时a0)在执行了a1ib(此时b0)b1最后就会导致i0j0
volatile禁止指令重排序
使用volatile可以实现禁止指令重排序从而确保并发安全那么volatile是如何实现禁止指令重排序呢就是通过使用内存屏障(Memory Barrier)。
内存屏障(Memory Barrier)作用
● 内存屏障能够阻止屏障两侧的指令重排序能够让cpu或者编译器在内存上的访问是有序的。 ● 强制把写缓冲区/高速缓存中的脏数据写回主内存或让缓存相应的数据失效。他是一种cpu指令用来控制特定情况下的重排序和内存可见性问题。
volatile内存屏障的插入策略
硬件层的内存屏障(Memory Barrier)有Load Barrier 和 Store Barrier即读屏障和写屏障。 Java内存屏障 ● StoreStore屏障确保在该屏障之后的第一个写操作之前屏障前的写操作对其他处理器可见刷新到内存。 ● StoreLoad屏障确保写操作对其他处理器可见刷新到内存之后才能读取屏障后读操作的数据到缓存。 ● LoadLoad屏障确保在该屏障之后的第一个读操作之前一定能先加载屏障前的读操作对应的数据。 ● LoadStore屏障确保屏障后的第一个写操作写出的数据对其他处理器可见之前屏障前的读操作读取的数据一定先读入缓存。 在volatile修饰的变量进行写操作时候会使用StoreStore屏障和StoreLoad屏障进行对volatile变量读操作会在之后使用LoadLoad屏障和LoadStore屏障。
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