Java 多线程 - Volatile关键字
总结
0-synchronized关键字的作用已经涵盖了volatile所提供的作用
1-volatile 只能保证多线程对一个公用变量进行操作时的“可见性”
2-volatile 不能保证数据在多线程下“写”的线程安全
3-volatile 最适用的场景:一个线程写,多个线程读
synchronized 和 volatile 的区别是什么?
作用:
synchronized 表示只有一个线程可以获取作用对象的锁,执行代码,阻塞其他线程。
volatile 表示变量在 CPU 的寄存器中是不确定的,必须从主存中读取。保证多线程环境下变量的可见性;禁止指令重排序。
区别:
- synchronized关键字实现的功能涵盖了volatile,功能更强大,也更重量级。
- synchronized 可以作用于变量、方法、对象;volatile 只能作用于变量。
- synchronized 可以保证线程间的有序性(猜测是无法保证线程内的有序性,即线程内的代码可能被 CPU 指令重排序)、原子性和可见性;volatile 只保证了可见性和有序性,无法保证原子性。
- synchronized 线程阻塞,volatile 线程不阻塞。
易错:为什么synchronized代码块里的变量,不加上volatile关键字?
- 一个线程出synchronized同步代码块的时候,会把操作的结果刷回主存。下一个线程进synchronized同步代码块的时候,会再从主存读取。
- 可以看出synchronized关键字的作用已经涵盖了volatile所提供的作用,synchronized而且更强大,所以也更重量级。
- 也因此我们说,volatile是Java提供的一种轻量级的同步机制(不是轻量级的同步锁)
---------------------------------
变量的内存可见性
volatile是Java提供的一种轻量级的同步机制,在并发编程中,它也扮演着比较重要的角色。同synchronized相比(synchronized通常称为重量级锁),volatile更轻量级,相比使用synchronized所带来的庞大开销,倘若能恰当的合理的使用volatile,自然是美事一桩。
为了能比较清晰彻底的理解volatile,我们一步一步来分析。首先来看看如下代码
public class TestVolatile {
boolean status = false; /**
* 状态切换为true
*/
public void changeStatus(){
status = true;
} /**
* 若状态为true,则running。
*/
public void run(){
if(status){
System.out.println("running....");
}
}
}
上面这个例子,在多线程环境里,假设线程A执行changeStatus()方法后,线程B运行run()方法,可以保证输出"running....."吗?
答案是NO!
这个结论会让人有些疑惑,可以理解。因为倘若在单线程模型里,先运行changeStatus方法,再执行run方法,自然是可以正确输出"running...."的;但是在多线程模型中,是没法做这种保证的。因为对于共享变量status来说,线程A的修改,对于线程B来讲,是"不可见"的。也就是说,线程B此时可能无法观测到status已被修改为true。那么什么是可见性呢?
所谓可见性,是指当一条线程修改了共享变量的值,新值对于其他线程来说是可以立即得知的。很显然,上述的例子中是没有办法做到内存可见性的。
Java内存模型
为什么出现这种情况呢,我们需要先了解一下JMM(java内存模型)
java虚拟机有自己的内存模型(Java Memory Model,JMM),JMM可以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内存访问效果。
JMM决定一个线程对共享变量的写入何时对另一个线程可见,JMM定义了线程和主内存之间的抽象关系:共享变量存储在主内存(Main Memory)中,每个线程都有一个私有的本地内存(Local Memory),本地内存保存了被该线程使用到的主内存的副本拷贝,线程对变量的所有操作都必须在工作内存中进行,而不能直接读写主内存中的变量。这三者之间的交互关系如下
需要注意的是,JMM是个抽象的内存模型,所以所谓的本地内存,主内存都是抽象概念,并不一定就真实的对应cpu缓存和物理内存。当然如果是出于理解的目的,这样对应起来也无不可。
大概了解了JMM的简单定义后,问题就很容易理解了,对于普通的共享变量来讲,比如我们上文中的status,线程A将其修改为true这个动作发生在线程A的本地内存中,此时还未同步到主内存中去;而线程B缓存了status的初始值false,此时可能没有观测到status的值被修改了,所以就导致了上述的问题。那么这种共享变量在多线程模型中的不可见性如何解决呢?比较粗暴的方式自然就是加锁,但是此处使用synchronized或者Lock这些方式太重量级了,有点炮打蚊子的意思。比较合理的方式其实就是volatile
volatile具备两种特性,第一就是保证共享变量对所有线程的可见性。将一个共享变量声明为volatile后,会有以下效应:
1.当写一个volatile变量时,JMM会把该线程对应的本地内存中的变量强制刷新到主内存中去;
2.这个写会操作会导致其他线程中的缓存无效。
上面的例子只需将status声明为volatile,即可保证在线程A将其修改为true时,线程B可以立刻得知
volatile boolean status = false;
留意复合类操作
但是需要注意的是,我们一直在拿volatile和synchronized做对比,仅仅是因为这两个关键字在某些内存语义上有共通之处,volatile并不能完全替代synchronized,它依然是个轻量级锁,在很多场景下,volatile并不能胜任。看下这个例子:
package test; import java.util.concurrent.CountDownLatch; /**
* Created by chengxiao on 2017/3/18.
*/
public class Counter {
public static volatile int num = 0;
//使用CountDownLatch来等待计算线程执行完
static CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(30);
public static void main(String []args) throws InterruptedException {
//开启30个线程进行累加操作
for(int i=0;i<30;i++){
new Thread(){
public void run(){
for(int j=0;j<10000;j++){
num++;//自加操作
}
countDownLatch.countDown();
}
}.start();
}
//等待计算线程执行完
countDownLatch.await();
System.out.println(num);
}
}
执行结果:
224291
针对这个示例,一些同学可能会觉得疑惑,如果用volatile修饰的共享变量可以保证可见性,那么结果不应该是300000么?
问题就出在num++这个操作上,因为num++不是个原子性的操作,而是个复合操作。我们可以简单讲这个操作理解为由这三步组成:
1.读取
2.加一
3.赋值
所以,在多线程环境下,有可能线程A将num读取到本地内存中,此时其他线程可能已经将num增大了很多,线程A依然对过期的num进行自加,重新写到主存中,最终导致了num的结果不合预期,而是小于30000。
解决num++操作的原子性问题
针对num++这类复合类的操作,可以使用java并发包中的原子操作类原子操作类是通过循环CAS的方式来保证其原子性的。
/**
* Created by chengxiao on 2017/3/18.
*/
public class Counter {
//使用原子操作类
public static AtomicInteger num = new AtomicInteger(0);
//使用CountDownLatch来等待计算线程执行完
static CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(30);
public static void main(String []args) throws InterruptedException {
//开启30个线程进行累加操作
for(int i=0;i<30;i++){
new Thread(){
public void run(){
for(int j=0;j<10000;j++){
num.incrementAndGet();//原子性的num++,通过循环CAS方式
}
countDownLatch.countDown();
}
}.start();
}
//等待计算线程执行完
countDownLatch.await();
System.out.println(num);
}
}
执行结果
300000
关于原子类操作的基本原理,会在后面的章节进行介绍,此处不再赘述。
禁止指令重排序
volatile还有一个特性:禁止指令重排序优化。
重排序是指编译器和处理器为了优化程序性能而对指令序列进行排序的一种手段。但是重排序也需要遵守一定规则:
1.重排序操作不会对存在数据依赖关系的操作进行重排序。
比如:a=1;b=a; 这个指令序列,由于第二个操作依赖于第一个操作,所以在编译时和处理器运行时这两个操作不会被重排序。
2.重排序是为了优化性能,但是不管怎么重排序,单线程下程序的执行结果不能被改变
比如:a=1;b=2;c=a+b这三个操作,第一步(a=1)和第二步(b=2)由于不存在数据依赖关系,所以可能会发生重排序,但是c=a+b这个操作是不会被重排序的,因为需要保证最终的结果一定是c=a+b=3。
重排序在单线程模式下是一定会保证最终结果的正确性,但是在多线程环境下,问题就出来了,来开个例子,我们对第一个TestVolatile的例子稍稍改进,再增加个共享变量a
public class TestVolatile {
int a = 1;
boolean status = false; /**
* 状态切换为true
*/
public void changeStatus(){
a = 2;//1
status = true;//2
} /**
* 若状态为true,则running。
*/
public void run(){
if(status){//3
int b = a+1;//4
System.out.println(b);
}
}
}
假设线程A执行changeStatus后,线程B执行run,我们能保证在4处,b一定等于3么?
答案依然是无法保证!也有可能b仍然为2。上面我们提到过,为了提供程序并行度,编译器和处理器可能会对指令进行重排序,而上例中的1和2由于不存在数据依赖关系,则有可能会被重排序,先执行status=true再执行a=2。而此时线程B会顺利到达4处,而线程A中a=2这个操作还未被执行,所以b=a+1的结果也有可能依然等于2。
使用volatile关键字修饰共享变量便可以禁止这种重排序。若用volatile修饰共享变量,在编译时,会在指令序列中插入内存屏障来禁止特定类型的处理器重排序
volatile禁止指令重排序也有一些规则,简单列举一下:
1.当第二个操作是voaltile写时,无论第一个操作是什么,都不能进行重排序
2.当地一个操作是volatile读时,不管第二个操作是什么,都不能进行重排序
3.当第一个操作是volatile写时,第二个操作是volatile读时,不能进行重排序
Java 多线程 - Volatile关键字的更多相关文章
- java多线程 -- volatile 关键字 内存 可见性
内存可见性(Memory Visibility) 1 内存可见性(Memory Visibility)是指当某个线程正在使用对象状态而另一个线程在同时修改该状态,需要确保当一个线程修改了对象状态后,其 ...
- [Java多线程] volatile 关键字正确使用方法
volatile 变量具有 synchronized 的可见性特性,但是不具备原子特性,即多线程环境中,使用 volatile 关键字的变量仅可以保证不同线程读取变量时,可以读到最新修改的变量值,但是 ...
- Java多线程-----volatile关键字详解
volatile原理 Java语言提供了一种稍弱的同步机制,即volatile变量,用来确保将变量的更新操作通知到其他线程.当把变量声明为volatile类型后, 编译器与运行时都会注意 ...
- Java多线程——volatile关键字、发布和逸出
1.volatile关键字 Java语言提供了一种稍弱的同步机制,即volatile变量.被volatile关键字修饰的变量不会被缓存在寄存器或者对其他处理器不可见的地方,因此在每次读取volatit ...
- JAVA多线程---volatile关键字
加锁机制既可以确保可见性又可以保证原子性,而volatile变量只能确保可见性. 当把变量声明为volatile时候 编译器与运行时都会注意到这个变量是共享的,不会将该变量上的操作与其他内存操作一起重 ...
- 【转】java中volatile关键字的含义
java中volatile关键字的含义 在java线程并发处理中,有一个关键字volatile的使用目前存在很大的混淆,以为使用这个关键字,在进行多线程并发处理的时候就可以万事大吉. Java语言 ...
- 转:java中volatile关键字的含义
转:java中volatile关键字的含义 在java线程并发处理中,有一个关键字volatile的使用目前存在很大的混淆,以为使用这个关键字,在进行多线程并发处理的时候就可以万事大吉. Java语言 ...
- Java中Volatile关键字详解 (转自郑州的文武)
java中volatile关键字的含义:http://www.cnblogs.com/aigongsi/archive/2012/04/01/2429166.html 一.基本概念 先补充一下概念:J ...
- Java 多线程 —— synchronized关键字
java 多线程 目录: Java 多线程——基础知识 Java 多线程 —— synchronized关键字 java 多线程——一个定时调度的例子 java 多线程——quartz 定时调度的例子 ...
随机推荐
- 移动端自动化测试appium 从入门到项目实战Python版✍✍✍
移动端自动化测试appium 从入门到项目实战Python版 整个课程都看完了,这个课程的分享可以往下看,下面有链接,之前做java开发也做了一些年头,也分享下自己看这个视频的感受,单论单个知识点课程 ...
- 31-Ubuntu-用户权限-02-ls输出信息介绍
ls -l 查看文件夹下文件或目录的详细信息 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 d/- rwx rwx r-x 2 summmer summmer 12288 2月 25 13:34 Ente ...
- pytest--fixture---自动应用
import pytest@pytest.fixture(autouse=True)-----加上auto=True,每个方法执行前都会自动登陆def login_r(open_browser): p ...
- 前端 JavaScript BOM & DOM
内容目录: 1. BOM 2. DOM BOM(Browser Object Model)是指浏览器对象模型,它使 JavaScript 有能力与浏览器进行"对话". DOM (D ...
- oracle密码过期,改为原来的密码
我们都知道Oracle 数据库的用户的密码默认是有有效期限制的,特别是在Cloud上面的DB,有些用户是Cloud自动创建的,我们不知道原来的密码是什么,但是如果密码过期了,如果修改成新的密码,会影响 ...
- Failed selinux 错误
再看他如何解决,步骤大概是: 1.开机之后进入linux启动选择界面,停在平时启动的哪那一行按E键,进入grub编辑页面. 2.按↓键光标往下移,在标签fi下面的内容里加上一个enforcing=0. ...
- selenium如何操作页面树状列表
selenium如何操作页面树状列表??举个例子:我要怎么操作如下图所示的树状结构列表?我要对这个树状结构列表做什么操作? 一.思路 1.根据driver.find_element_by_xpath( ...
- activemq启动失败修改Linux服务器名称
查找问题步骤: 1. /usr/local/apache-activemq-5.9.1/data/activemq.log 看一下这个.log后缀的启动日志,可以将它下载下来再看. 先尝试修改配置文 ...
- jq-demo-tab切换
<!DOCTYPE html> <html> <head> <meta charset="UTF-8"> <title> ...
- phpstrom 注释效果
/** * .,:,,, .::,,,::. * .::::,,;;, .,;;:,,....:i: * :i,.::::,;i:. ....,,:::::::::,.... .;i:,. ..... ...