小知识点记录: 可见性与原子性

Posted 2022-04-11 小智RE0

文章目录

• • 可见性
  • 原子性

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可见性

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先看这样一段代码,运行是没有问题的

boolean flag = true;

flag = false;

System.out.println(flag);

但是,若在 赋值false之前,加入一段逻辑处理时;

boolean flag = true;
//加入一段线程处理代码;
new Thread( ()->
 while(flag)
 
).start();

flag = false;

System.out.println(flag);

可设想是这样运行的;

实际代码尝试使用;

public class Demo1 
    static boolean flag = true;
    public static void main(String[] args) 
        //加入一段线程处理代码;
        new Thread(() -> 
            while (flag) 
                
            
        ).start();

        flag = false;

        System.out.println(flag);
    

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但是,如果为线程设定休眠1秒时;虽然打印输出了false;但是线程一直在运行,这个while循环一直在进行;

• 从代码的角度来看, 这里flag = false; 就是一个写操作;
• 而while(flag) 这个循环是一个读操作.
• 那么为什么输出了false后线程还在继续运行呢? 这样的一个状况: 一个线程已经将 变量flag写操作变为了false;但是其他的线程并不知道,即并不可见,也就会发生线程一直循环的状况出现.

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现在将线程的休眠时间变为1毫秒试试;此时程序即可成功的结束;

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浅画一下内存的图例;

在某种情况下,CPU的多个core使用不同的缓存;而CPU的速度过快,为了平和这个速度的差距,在CPU中使用local-cache三级缓存来解决速度问题.
就从刚才的案例来看,在主存中有原始的flag=true;
假设一个core核心负责while(flag) 读取flag的值, 但是读取时一直读取时都是从缓存中读取;
有一个负责主线程运行的core已经将主存中的flag变为flase了,但是while操作的线程还是无法及时看到.

在任务管理器中查看CPU状态,可看到L1,L2,L3的分级缓存显示.
这里的local-cache三级缓存 ,可以说是最快的CPU交互区域, 比主存要快的多;
从 L1 ---> L3级别速度是依次降低的.

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可使用 volatile 关键字解决共享变量的可见性问题;即使线程休眠5秒,最后也会停止;

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原子性

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需要注意原子性是建立在可见性的基础上;volatile无法保证原子性,

• 用volatile修饰的对象内部属性并不具有可见性,
• 用volatile修饰的内部属性也无法保证所在对象的课件性.

刚才的案例是,一个线程负责读操作,一个线程负责写操作.

现在有一个案例, 线程读取变量的值以后再对该变量进行赋值写操作,即i++问题;

一个 i++操作实际可看做三个操作:

• (1)读取变量i的值;
• (2)执行i+1;
• (3)将结果赋值给i;

在这样的一个i++问题中,假设主内存中初始值i=0,线程A和线程B都对这个值进行操作,那么最终可能会出现i=1或者i=2;

案例模拟:

public class Demo2 
    static volatile int i = 0;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException 
        for (int j = 0; j < 10000; j++) 
            //线程A;
            new Thread(()->
                i++;
            ).start();
            //线程B;
            new Thread(()->
                i++;
            ).start();
        
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println(i);
    

预期执行得到的结果为20000,但是并不是预期的值;

实际上,volatile 只能保证可见性,不可保证原子性;

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那么在这里案例中,要保证原子性的话,可以使用并发包下的AtomicInteger类;

public class Demo3 
    static AtomicInteger i = new AtomicInteger(0);
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException 
        for (int j = 0; j < 10000; j++) 
            //线程A;
            new Thread(()->
                i.getAndAdd(1);
            ).start();
            //线程B;
            new Thread(()->
                i.getAndAdd(1);
            ).start();
        
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println(i);
    

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当然要保证原子性,也可以从同步的角度处理;
比如使用synchronized关键字;保证同一时间只能有一个线程来执行代码块;

public class Demo4 

    static int i = 0;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException 
        for (int j = 0; j < 10000; j++) 
            //线程A;
            new Thread(() -> 
                synchronized (Demo4.class) 
                    i++;
                
            ).start();
            //线程B;
            new Thread(() -> 
                synchronized (Demo4.class) 
                    i++;
                
            ).start();
        
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println(i);
    

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