java多线程 JMM理解 Volatile

Posted 2021-07-07 500年

一、java多线程 JMM理解

JMM同步约定
1、线程解锁前，必须把共享变量立刻刷回主存；
2、线程加锁前，必须读取主存中的最新值到工作内存中；
3、加锁和解锁必须是同一把锁；

内存交互操作

内存交互操作有8种，虚拟机实现必须保证每一个操作都是原子的，不可在分的（对于double和long类型的变量来说，load、store、read和write操作在某些平台上允许例外）

lock （锁定）：作用于主内存的变量，把一个变量标识为线程独占状态
unlock （解锁）：作用于主内存的变量，它把一个处于锁定状态的变量释放出来，释放后的变量才可以被其他线程锁定
read （读取）：作用于主内存变量，它把一个变量的值从主内存传输到线程的工作内存中，以便随后的load动作使用
load （载入）：作用于工作内存的变量，它把read操作从主存中变量放入工作内存中
use （使用）：作用于工作内存中的变量，它把工作内存中的变量传输给执行引擎，每当虚拟机遇到一个需要使用到变量的值，就会使用到这个指令
assign （赋值）：作用于工作内存中的变量，它把一个从执行引擎中接受到的值放入工作内存的变量副本中
store （存储）：作用于主内存中的变量，它把一个从工作内存中一个变量的值传送到主内存中，以便后续的write使用
write 　（写入）：作用于主内存中的变量，它把store操作从工作内存中得到的变量的值放入主内存的变量中

JMM对这八种指令的使用，制定了如下规则：

不允许read和load、store和write操作之一单独出现。即使用了read必须load，使用了store必须write
不允许线程丢弃他最近的assign操作，即工作变量的数据改变了之后，必须告知主存
不允许一个线程将没有assign的数据从工作内存同步回主内存
一个新的变量必须在主内存中诞生，不允许工作内存直接使用一个未被初始化的变量。就是怼变量实施use、store操作之前，必须经过assign和load操作
一个变量同一时间只有一个线程能对其进行lock。多次lock后，必须执行相同次数的unlock才能解锁
如果对一个变量进行lock操作，会清空所有工作内存中此变量的值，在执行引擎使用这个变量前，必须重新load或assign操作初始化变量的值
如果一个变量没有被lock，就不能对其进行unlock操作。也不能unlock一个被其他线程锁住的变量
对一个变量进行unlock操作之前，必须把此变量同步回主内存

实战

进程之间不可直接通信

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class JMMDemo {

	private static int flag = 0;

	public static void main(String[] args) throws Exception {
		new Thread(() -> {
			while (flag == 0) {

			}
		}).start();

		TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
		flag=1;
		System.out.println("1111111111111111");
	}
}

二、Volatile

Volatile 是Java虚拟机提供 轻量级的同步机制
1、保证可见性；
2、不保证原子性；
3、禁止指令重排；

2.1、保证可见性

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class JMMDemo {

	// 不加 volatile 程序就会死循环
	// 加  volatile 可以保证可见性
	private volatile static int flag = 0;

	public static void main(String[] args) throws Exception {
		new Thread(() -> {// 线程1 对主内存的变化不可知
			while (flag == 0) {

			}
		}).start();

		TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
		flag=1;
		System.out.println("1111111111111111");
	}
}

2.2、不保证原子性

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

// 不保证原子性
public class VDemo {

	private static int num = 0;

	public static void add() {
		num++;
	}
	// 1、此处可使用 synchronized 解决
	public synchronized void add2() {
		num++;
	}
	
	private static Lock lock = new ReentrantLock();
	// 2、此处可使用 lock 解决
	public static void add3() {
		lock.lock();
		try {
			num++;
		} finally {
			lock.unlock();
		}
	}

	public static void main(String[] args) {

		for (int i = 0; i < 20; i++) {
			new Thread(() -> {
				for (int j = 0; j < 1000; j++) {
					add();
				}
			}).start();
		}

		while (Thread.activeCount() > 2) {// main gc
			Thread.yield();
		}

		System.out.println("num=" + num);
	}

}

使用原子类解决

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

// 不保证原子性
public class VDemo {

	private static AtomicInteger num = new AtomicInteger();

	public static void add() {
		num.getAndIncrement();// AtomicInteger+1 方法 CAS
	}

	public static void main(String[] args) {

		for (int i = 0; i < 20; i++) {
			new Thread(() -> {
				for (int j = 0; j < 1000; j++) {
					add();
				}
			}).start();
		}

		while (Thread.activeCount() > 2) {// main gc
			Thread.yield();
		}

		System.out.println("num=" + num);
	}

}

补充说明：原子类的底层直接都和操作系统挂钩。在内存中修改值。 unsafe是一个很特殊的存在。

2.3、禁止指令重排

什么是指令重排：你写的程序，计算机并不是按照你写的那样去执行的
源代码–> 编译器优化的重排–> 指令并行也可能会重排–>内存系统也会重排–>执行
处理器在进行指令重排的时候，考虑：数据之间的依赖性!

volatile可以避免指令重排
内存屏障。CPU指令。作用：
1、保证特定操作的执行顺序！
2、可以保证某些变量的内存可见性（利用这些特性volatile实现了可见性）

特别鸣谢：狂神说Java老师的无私奉献

.
.
.
上一篇 java多线程（九）异步回调Future
下一篇 java多线程（十一） CAS原子引用AtomicReference