JUC并发编程 共享模型之内存 -- Java 内存模型 & 原子性 & 可见性(可见性问题及解决 & 可见性 VS 原子性 & volatile（易变关键字）)(代码

Posted 2021-09-19 Z && Y

1. Java 内存模型

JMM 即 Java Memory Model，它定义了主存（所有线程都共享的数据，包括成员变量）、工作内存（线程私有的数据，包括局部变量）抽象概念，底层对应着 CPU 寄存器、缓存、硬件内存、CPU 指令优化等。

JMM 体现在以下几个方面:

• 原子性 - 保证指令不会受到线程上下文切换的影响
• 可见性 - 保证指令不会受 cpu 缓存的影响
• 有序性 - 保证指令不会受 cpu 指令并行优化的影响

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2. 原子性

Monitor 主要关注的是访问共享变量时，保证临界区代码的原子性

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3. 可见性

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3.1 可见性问题

退不出的循环:

先来看一个现象，main 线程对 run 变量的修改对于 t 线程不可见，导致了 t 线程无法停止：

示例代码:

package tian;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

@Slf4j(topic = "c.Test32")
public class Test32 {
    // 易变
    static boolean run = true;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t = new Thread(() -> {
            while (true) {
                if (!run) {
                    break;
                }
            }
        });
        t.start();
        
        run = false; // 线程t不会如预想的停下来
    }
}

问题原因:

1. 初始状态， t 线程刚开始从主内存读取了 run 的值到工作内存。
   

2. 因为 t 线程要频繁从主内存中读取 run 的值，JIT 编译器会将 run 的值缓存至自己工作内存中的高速缓存中，减少对主存中 run 的访问，提高效率
   

3. 1 秒之后，main 线程修改了 run 的值，并同步至主存，而 t 是从自己工作内存中的高速缓存中读取这个变量的值，结果永远是旧值
   

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3.2 可见性问题解决

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3.2.1 解决方法1( 推荐 ): volatile（易变关键字）

volatile（易变关键字）:

• 它可以用来修饰成员变量和静态成员变量，他可以避免线程从自己的工作缓存中查找变量的值，必须到主存中获取它的值，线程操作 volatile 变量都是直接操作主存。
• volatile 关键字可以保证共享变量在多个线程之间的可见性
  

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3.2.2 解决方法2: synchronized

package tian;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

@Slf4j(topic = "c.Test32")
public class Test32 {
    static boolean run = true;
    static final Object lock = new Object();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t = new Thread(() -> {
            while (true) {
                synchronized (lock) {
                    if (!run) {
                        break;
                    }
                }
            }
        });
        t.start();

        Thread.sleep(1000);
        synchronized (lock) {
            run = false;
        }
    }
}

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3.2 可见性 VS 原子性

前面例子体现的实际就是可见性，它保证的是在多个线程之间，一个线程对 volatile 变量的修改对另一个线程可见， 不能保证原子性，仅用在一个写线程，多个读线程的情况： 上例从字节码理解是这样的：

比较一下之前我们将线程安全时举的例子：两个线程一个 i++ 一个 i-- ，只能保证看到最新值，不能解决指令交错

注意:

synchronized 语句块既可以保证代码块的原子性，也同时保证代码块内变量的可见性。但缺点是synchronized 是属于重量级操作，性能相对更低。

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