volatile

1. 含义:

volatile是JVM提供的轻量级的同步机制,具有三个特点:保证可见性、不保证原子性、禁止指令重排。

1.1 保证可见性

一个线程修改了共享变量并写回主内存,其他线程可以自动知道共享变量发生了改变;即共享变量的变化对其他线程可见。这种自动不是指线程自身主动去读主内存的变量,而是由JVM主动告知各线程。通过volatile,解决了工作内存与主内存之间数据同步延迟造成的不可见问题。

验证:

  •  import java.util.concurrent.TimeUnit;
    
     class MyData{
    volatile int number = 0; //number就是共享变量
    public void add(){
    this.number = 10;
    }
    }
    /*
    1 验证volatile的可见性
    1.1 加入int number=0,number变量之前根本没有添加volatile关键字修饰,没有可见性
    1.2 添加了volatile,可以解决可见性问题 * */
    public class VolatileDemo_1 {
    public static void main(String[] args){
    MyData myData = new MyData();
    System.out.println("initial:"+myData.number); new Thread(()->{
    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":start");
    try{ TimeUnit.SECONDS.sleep(3);} catch(InterruptedException e) {e.printStackTrace();}
    myData.add();
    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+myData.number);
    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":finish");
    },"A").start(); while(myData.number == 0){
    //System.out.println("loop");
    } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+myData.number);
    }
    }

分析:

[ 1 ] 当没有添加volatile关键字,是不可见状态;

- while循环体内为空时:这时候,A是一个线程,经过3秒,A修改了变量number=10,并写回主内存;main是主线程,由于不可见,main无法自动获取number的变化,其值仍然为0,阻塞在while循环。如下图所示。

-  while循环体内不为空时(如一个输出语句):同样,A是一个线程,经过3秒,A修改了变量number=10,并写回主内存;main是主线程,会读取主内存里面的值并执行循环体;虽然由于不可见不能自动获取number的变化,但它可以主动去读取主内存中变量的值,当主内存变量值变成10,则主线程会退出循环体。

[ 2 ] 当添加volatile关键字,是可见状态;(即 volatile int number = 0;)

-  while循环体内为空时:这时候,A是一个线程,经过3秒,A修改了变量number=10,并写回主内存;main是主线程,由于number有volatile修饰,为可见状态,main可以自动获取number的变化,其值变为10,可以自动退出while循环。这就说明了a线程对变量的修改对其他线程可见。

1.2 不保证原子性

原子性指的是不可分割,完整一体;在程序中,指的是线程执行某个事务时不被分割,事务里的指令要么全部成功,要么全部失败。在并发环境中,如果不能保证原子性,则程序结果可能出错。(不保证原子性,则并发的线程之间互相干扰,影响各种线程的事务的完整执行)。volatile的机制不保证原子性,因此说是轻量级的同步机制。

代码示例:

  • import java.util.concurrent.TimeUnit;
    import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger; class MyData{
    volatile int number = 0; //number就是共享变量
    public void addPlusPlus(){
    number++; //++操作包括三步,从主内存读数据;加;写回主内存
    } AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();
    public void addMyAtommic(){
    atomicInteger.getAndIncrement();
    }
    }
    /* 验证volatile不保证原子性 1 原子性是不可分割,完整性,也即某个线程正在做某个具体业务时,中间不可以被加塞或者分割。
    需要整体完成,要么同时成功,要么同时失败。 2 volatile不可以保证原子性演示 3 如何解决原子性
    *加sync
    *使用我们的JUC下AtomicInteger * */
    public class VolatileDemo {
    public static void main(String[] args){
    MyData myData = new MyData();
    for (int i = 1; i <= 10 ; i++) { //建立10个线程
    new Thread(()->{
    for (int j = 1; j <= 1000 ; j++) {
    myData.addPlusPlus();
    myData.addMyAtommic();
    }
    },String.valueOf(i)).start();
    } //需要等待上述10个线程都计算完成后,再用main线程去的最终的结果是多少?
    while(Thread.activeCount() > 2){
    Thread.yield(); //当前面的线程没有执行完,则不执行后面的主线程
    }
    ////结果不为10000,说明不保证原子性;
    //因为原子性意味着最终一致性,我们的算法逻辑的结果是10000,如果不等于10000,说明线程并发执行有互相干扰,导致原子性被破坏。
    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t finnally number value: "+myData.number);
    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t finnally number value: "+myData.atomicInteger);
    }
    }

    分析:可能出现两个线程在可见性还没生效时同时把加的结果写回主内存,造成+的操作出现冲突而丢失一些自增操作。

  • 结果:

1.3 禁止指令重排

在计算机执行程序时,为了提高性能,编译器和处理器会对指令进行重排。主要有编译器优化重排,指令并行重排、内存优化重排。指令重排时会考虑的是指令之间的依赖性(如:如果B依赖A,则B在A后)。如果是单线程,这些重排不会对结果造成影响;但如果是单线程,指令重排可能会造成程序执行出错。volatile通过禁止指令重排来保证有序性。有序性(以及可见性)是通过内存屏障(memory barrier)实现的。指令的有序性是保证最终数据一致性的基础。

拓展:

1) 内存屏障是一个CPU指令,是底层原语,其主要作用有两个:其一,是保证特定操作的有序性,通过插入内存屏障指令可以使内存屏障前后的指令不会重排序。其二,是保证某些变量的内存可见性,方法是强制cpu缓冲数据的刷出,从而使其他线程可以从内存到读取到特定变量的最新版。

2)单例模式(singleton):单例模式的意思就是只有一个实例。单例模式确保某一个类只有一个实例,而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。这个类称为单例类。单例模式常见的有懒汉方式(类加载的时候,不会创建对象,调用时才会创建对象。因此类加载速度快,线程相对不安全)和饿汉方式(类加载的时候,创建对象。 因此类加载速度慢, 线程相对安全)。懒汉模式线程不安全,可以通过synchronized对代码段进行加锁保证线程安全,但限制了高并发。

3)多线程下的单例DCL(双端检锁机制):通过两次判断,一次加锁,从而避免了整个代码段的加锁;但仍然线程不安全,因为有指令重排的存在。可以通过volatile修饰禁止指令重排,从而最终保证了线程安全。

【java】关键字volatile的更多相关文章

  1. JAVA关键字Volatile的特性

    一.简述: 关键字Volatile是JAVA虚拟机提供的最轻量级的同步机制,但是它并不容易完全被正确.完整的理解,以致于许多程序员在遇到需要处理多线程数据竞争的时候一律使用synchronized来进 ...

  2. Java 关键字volatile的解释

    volatile 关键字特征: 1.可见性,是指线程之间的可见性,一个线程修改的状态对另一个线程是可见的.可以禁止线程的工作内存对volatile修饰的变量进行缓存,并将修改的变量立即写入主存. 2. ...

  3. Java关键字-volatile

    关键字volatile可以说是Java虚拟机提供的最轻量级的同步机制. 一旦某个共享变量(类的成员变量.类的静态成员变量)被volatile修饰之后,那么就具备了两层语义: 1.保证了不同线程对这个变 ...

  4. Java内存模型及Java关键字 volatile的作用和使用说明

    先来看看这个关键字是什么意思:volatile  [ˈvɒlətaɪl] adj. 易变的,不稳定的; 从翻译上来看,volatile表示这个关键字是极易发生改变的.volatile是java语言中, ...

  5. 关于 Java 关键字 volatile 的总结

    1 什么是 volatile volatile 是 Java 的一个关键字,它提供了一种轻量级的同步机制.相比于重量级锁 synchronized,volatile 更为轻量级,因为它不会引起线程上下 ...

  6. java 关键字volatile

    一.Java内存模型 想要理解volatile为什么能确保可见性,就要先理解Java中的内存模型是什么样的. Java内存模型规定了所有的变量都存储在主内存中.每条线程中还有自己的工作内存,线程的工作 ...

  7. java关键字volatile用法详解

    volatile关键字想必大家都不陌生,在java 5之前有着挺大的争议,在java 5之后才逐渐被大家接受,同时作为java的关键字之一,其作用自然是不可小觑的,要知道它是java.util.con ...

  8. 深入汇编指令理解Java关键字volatile

    volatile是什么 volatile关键字是Java提供的一种轻量级同步机制.它能够保证可见性和有序性,但是不能保证原子性 可见性 对于volatile的可见性,先看看这段代码的执行 flag默认 ...

  9. Java 关键字volatile 与 synchronized 作用与区别

     1,volatile 它所修饰的变量不保留拷贝,直接访问主内存中的.    在Java内存模型中,有main memory,每个线程也有自己的memory (例如寄存器).为了性能,一个线程会在自己 ...

  10. Java关键字volatile的实现原理(四)

    简述 volatile 是轻量级的synchronized,在多线程开发中保证了共享变量的可见性.可见性就是当一个线程修改一个共享变量时,另一个线程可以读到修改的值.如果volatile变量使用恰当, ...

随机推荐

  1. 【阅读笔记】Ranking Relevance in Yahoo Search (二)—— maching learned ranking

    3. MACHINE LEARNED RANKING 1) 完全使用不好的数据去训练模型不可行,因为负面结果不可能覆盖到所有方面: 2) 搜索可以看做是个二分问题,在此实验中,我们使用gradient ...

  2. Character Array and Character Pointer

    最近复习数据结构实验时,碰到这么一行代码,看的有点不爽. typedef char** HuffmanCode; 借此梳理下数组和指针. int* p; //指针变量p中存的地址代表的内存单元中的数据 ...

  3. Codeforces Round #460 (Div. 2)-A Supermaket(贪心)

    A. Supermarket time limit per test 2 seconds memory limit per test 256 megabytes input standard inpu ...

  4. 写了shell脚本想一键启动三台虚拟机的Zookeeper,却不知道为啥总是启动不了

    首先,一键启动的shell脚本是这样的 #! /bin/bash case $1 in "start"){ for i in node01 node02 node03 do ssh ...

  5. Spring DI使用详解

    Spring DI使用详解 一.介绍 DI的定义:依赖注入,为类里面的属性设值.例如,我们之前的setName方法就是在为name属性设值. IOC与DI的关系:IOC进行对象的创建,DI进行值的注入 ...

  6. 拥抱K8S,Spring Boot 2.3提供K8s活性和就绪性探针

    Spring Boot 2.3将包括对Kubernetes liveness&readiness Probe的本地支持,扩展了2.2的"运行状况组"支持,允许开发人员选择运 ...

  7. CF-612D The Union of k-Segments 差分

    D. The Union of k-Segments 题意 给出n个线段,以及一个数字k,让求出有哪些线段:线段上所有的点至少被覆盖了k次. 思路 假如忽略掉线段的左右端点范围,肯定是使用差分来维护每 ...

  8. docker磁盘空间不足解决办法

    docker磁盘空间不足解决办法 导入docker镜像时,错误提示:磁盘空间不足. 1.查看docker镜像存放目录空间大小 du -hs /var/lib/docker/ 2.停止docker服务. ...

  9. 【HDU4991】树状数组

    http://acm.hdu.edu.cn/showproblem.php?pid=4991 用f[i][j] 表示 前i个数以第i个数结尾的合法子序列的个数,则递推式不难写出: f[i][j] = ...

  10. python --error整理(不定时更新)

    1.TabError: inconsistent use of tabs and spaces in indentation Python 中需要用tab 键来空格 2.SyntaxError: in ...