java学习：JMM(java memory model)volatilesynchronizedAtomicXXX理解

Posted 2020-09-22 菩提树下的杨过

一、JMM(java memory model)内存模型

从网上淘来二张图：

上面这张图说的是，在多核CPU的系统中，每个核CPU自带高速缓存，然后计算机主板上也有一块内存-称为主内（即：内存条）。工作时，CPU的高速缓存中的数据通过一系列手段来保证与主内的数据一致（CacheCoherence)，更直白点，高速缓存要从主内中load数据，处理完以后，还要save回主存。

 

上图说的是，java中的各种变量(variable)保存在主存中，然后每个线程自己也有自己的工作内存区（working memory)，工作时，线程从主存中把变量副本load到自己的工作内存区，处理完了，再save回主存。

好象很明白，没有什么不好理解的:)，

问题来了，如果有二个线程：线程A与线程B， A从主存中读取了变量x（到自己的的工作内存区），正准备处理，这时B修改了主存中的变量x，线程A能看见这种变化吗？（是否需要及时从主存中，加载最新的值），这个问题称为共享变量的可见性。

 

二、volatile、synchronized、AtomicXXX

直接上码：

2.1 版本1

package test.cn.mwee.order.monitor;

/**
 * Created by 菩提树下的杨过 on 2017/6/11.
 */
public class ThreadTest extends Thread {

    private static boolean flag = false;

    public void run() {
        System.out.println("t1:" + Thread.currentThread().getId());
        while (!flag) {

        }
        System.out.println("quit!");
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ThreadTest t1 = new ThreadTest();
        t1.start();
        Thread.sleep(50);
        ThreadTest.flag = true;
        System.out.println("main:" + Thread.currentThread().getId());
    }
}

ThreadTest是一个线程类，里面有一个静态变量flag，然后写了个main方法做测试。

注：在t1启动完成后，主线程中修改了ThreadTest的静态变量值flag，这时t1的run方法里的while循环，其实是看不见主线程对这个值的修改，所以程序始终不能退出，打印不出那一行quit.

 

2.2 版本2

package test.cn.mwee.order.monitor;

/**
 * Created by 菩提树下的杨过 on 2017/6/11.
 */
public class ThreadTest extends Thread {

    private static boolean flag = false;

    public void run() {
        System.out.println("t1:" + Thread.currentThread().getId());
        while (!flag) {
            synchronized (Class.class) {
            }
        }
        System.out.println("quit!");
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ThreadTest t1 = new ThreadTest();
        t1.start();
        Thread.sleep(50);
        ThreadTest.flag = true;
        System.out.println("main:" + Thread.currentThread().getId());
    }
}　　

相对版本1，while循环中增加了一个synchronized同步代码块，虽然里面啥代码也没有，但是再次运行，能正常quit了（想下为啥？）

答案：(也是从网上抄来的）

synchronized关键字强制实现一个互斥锁，使得被保护的代码块在同一时间只能有一个线程进入并执行。同时也带另外一个作用：在线程进入synchronized块之前，会把工作存内存中的所有内容映射到主内存上，然后把工作内存清空再从主存储器上拷贝最新的值。而在线程退出synchronized块时，同样会把工作内存中的值映射到主内存，但此时并不会清空工作内存。这样，工作内存中的值和主内存中的值是一致的，保证了数据的一致性！(换句话说，run中的while看到了主存中的flag变量值的改变)

思考题：如果在while{}里写一行println打印输出，即：

        while (!flag) {
            System.out.println("flag=" + flag);
        }　　

也能正常退出，留给大家去想。（提示：可以去看看println的源码实现）

 

2.3 版本3

package test.cn.mwee.order.monitor;

/**
 * Created by 菩提树下的杨过 on 2017/6/11.
 */
public class ThreadTest extends Thread {

    private volatile static boolean flag = false;

    public void run() {
        System.out.println("t1:" + Thread.currentThread().getId());
        while (!flag) {

        }
        System.out.println("quit!");
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ThreadTest t1 = new ThreadTest();
        t1.start();
        Thread.sleep(50);
        ThreadTest.flag = true;
        System.out.println("main:" + Thread.currentThread().getId());
    }
}　　

相对版本1，flag变量前加了关键字volatile，它能保证对该变量的修改，同步到其它线程，即其它线程读取flag时，看到的就是变化后的最新值，同时volatile还能防止指令重排序。运行下，也能如期打印出quit，程序退出。

注：volatile只能保证其它线程看到的变量值是最新的，但是并不保证原子性（换句话说，高并发情况下，仍然无法100%保证线程安全)

 

2.4 版本4

package test.cn.mwee.order.monitor;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicBoolean;

/**
 * Created by 菩提树下的杨过 on 2017/6/11.
 */
public class ThreadTest extends Thread {

    private static AtomicBoolean flag = new AtomicBoolean(false);

    public void run() {
        System.out.println("t1:" + Thread.currentThread().getId());
        while (!flag.get()) {

        }
        System.out.println("quit!");
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ThreadTest t1 = new ThreadTest();
        t1.start();
        Thread.sleep(50);
        ThreadTest.flag.set(true);
        System.out.println("main:" + Thread.currentThread().getId());
    }
}　　

与上一个版本相比，使用了可以保证原子性，又不用加同步锁的并发包里的AtomicXXX系列类，同样也可以正常打印出quit，推荐使用这个。

如果感兴趣的话，可以看下AtomicBoolean的源码，其实是借助volatile以及CAS来实现的，源码一看便知，不再啰嗦。