Volatile 原理及使用,java并发中的可见性问题
1.解决并发编程中的可见性问题
volatile 代表不使用cpu缓存,修改后的数据,将直接刷到内存中,被volatile修饰的变量,读取的时候,也是从内存中读取,不从cpu缓存中读取
上代码
// 以下代码来源于【参考1】
class VolatileExample {
int x = 0;
volatile boolean v = false;
public void writer() {
x = 42;
v = true;
}
public void reader() {
if (v == true) {
// 这里x会是多少呢?
}
}
}
例如上面的示例代码,
假设线程 A 执行 writer() 方法,按照 volatile 语义,会把变量 “v=true” 写入内存;
假设线程 B 执行 reader() 方法,同样按照 volatile 语义,线程 B 会从内存中读取变量 v,如果线程 B 看到 “v == true” 时,那么线程 B 看到的变量 x 是多少呢?
直觉上看,应该是 42,那实际应该是多少呢?这个要看 Java 的版本,如果在低于 1.5 版本上运行,x 可能是 42,也有可能是 0;如果在 1.5 以上的版本上运行,x 就是等于 42。
为什么呢?
- 变量 x 可能被 CPU 缓存而导致可见性问题。这个问题在 1.5 版本已经被圆满解决了。Java 内存模型在 1.5 版本对 volatile 语义进行了增强。怎么增强的呢?答案是一项 Happens-Before 规则。
这个规则就是:
前面一个操作的结果对后续操作是可见的
2.六项Happens-Before规则
1. 程序的顺序性规则
这条规则是指在一个线程中,按照程序顺序,前面的操作 Happens-Before 于后续的任意操作。这还是比较容易理解的,比如刚才那段示例代码,按照程序的顺序,第 6 行代码 “x = 42;” Happens-Before 于第 7 行代码 “v = true;”,这就是规则 1 的内容,也比较符合单线程里面的思维:程序前面对某个变量的修改一定是对后续操作可见的。
2. volatile 变量规则
对一个 volatile 变量的写操作, Happens-Before 于后续对这个 volatile 变量的读操作。
3.传递性
这条规则是指如果 A Happens-Before B,且 B Happens-Before C,那么 A Happens-Before C。
对应到上面的源码中就是
x=42 Happens-Before 写变量v=true 对应规则(程序的顺序性规则)
写变量v=true Happens-Before 读变量if(v==true) 对应规则2(volatile变量规则)
4.管程中的锁规则
管程,就是同步愿语,java中指的就是synchronized
上代码
synchronized (this) { //此处自动加锁
// x是共享变量,初始值=10
if (this.x < 12) {
this.x = 12;
}
} //此处自动解锁
假设 x 的初始值是 10,线程 A 执行完代码块后 x 的值会变成 12(执行完自动释放锁),线程 B 进入代码块时,能够看到线程 A 对 x 的写操作,也就是线程 B 能够看到 x==12
5.start()规则
主线程 A 启动子线程 B 后,子线程 B 能够看到主线程在启动子线程 B 前的操作。
上代码
Thread B = new Thread(()->{
// 主线程调用B.start()之前
// 所有对共享变量的修改,此处皆可见
// 此例中,var==77
});
// 此处对共享变量var修改
var = 77;
// 主线程启动子线程
B.start();
6.join()规则
如果在线程 A 中,调用线程 B 的 join() 并成功返回,那么线程 B 中的任意操作 Happens-Before 于该 join() 操作的返回
3.Java 内存模型
Java 内存模型规范了 JVM 如何提供按需禁用缓存和编译优化的方法
具体来说,这些方法包括 volatile、synchronized 和 final 三个关键字,以及六项 Happens-Before 规则
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