Java 并发编程线程简介 ( 原子操作 | volatile 关键字使用场景 )

Posted 2021-09-23 韩曙亮

文章目录

• 一、原子操作
• 二、volatile 关键字使用场景

一、原子操作

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原子操作 :

read : 从 主内存 中的线程共享变量中读取数据 ;
load : 将从主内存读取到的数据 , 加载到 线程工作内存 中 ;

read 和 load 操作一定是 成对出现 的 , 只要从主内存中读取到数据 , 一定会将这个数据加载到线程的工作内存中 ;

use : 从线程共享变量副本读取到线程的 执行引擎 中 ;
assign : 从执行引擎中写出数据到变量的 共享变量副本 中 ;

store : 将数据从线程工作内存传输到 主内存 中 ;
write : 将数据赋值给主内容中的线程 共享变量 ;

lock : 作用于 主内存中的线程共享变量 , 将该变量标识为 被某个线程独自占用状态 ; 表示该变量只有一个线程可以进行访问 ;
unlock : 解锁 主内存中的共享变量 , 其它线程可以进行访问 ;

二、volatile 关键字使用场景

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在下面的示例中 , 设置一个标志位 , 主线程开始后 , 启动一个线程 , 休眠 $1000$ 毫秒 , 然后修改该标志位 , 主线程中根据标志位进行循环 , 如果标志位被修改 , 则循环停止 , 但是循环一直没有停止 ;

也就是说线程中修改的值 , 仅修改了该线程中工作内存中的标志位副本的值 ;

主内存中的值没有被修改 ;

代码示例 :

public class Main {

    private static boolean flag = false;

    private static void changeFlag() {
        System.out.println("修改标志位开始");
        flag = true;
        System.out.println("修改标志位结束");
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 在该线程中 , 1 秒后修改标志位为 false
        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                super.run();
                try {
                    sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

                changeFlag();
            }
        }.start();

        // 此处如果 flag 一直为 flase 就会进入死循环
        //      如果 flag 为 true 则程序结束
        while (!flag) {

        }

        System.out.println("主线程结束");
    }
}

执行结果 :

原理分析 :

线程的工作内存中 , 将 flag 修改为 true , 这只是在 CPU 缓存 中修改的 , 没有在主内存中修改这个共享变量值 , 因此主线程访问该值 , 还是 false ;

使用 volatile 关键字 , 禁用 CPU 的缓存 , 直接在主内存中进行读写 , 这样就可以解决多个线程中 共享变量 不同步的问题 ;

注意 : 只能是 线程共享变量 使用该关键字 , 设置该关键字会影响线程的执行效率 , 效率会降低 ;

使用了 volatile 关键字后的效果 :

public class Main {

    private static volatile boolean flag = false;

    private static void changeFlag() {
        System.out.println("修改标志位开始");
        flag = true;
        System.out.println("修改标志位结束");
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 在该线程中 , 1 秒后修改标志位为 false
        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                super.run();
                try {
                    sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

                changeFlag();
            }
        }.start();

        // 此处如果 flag 一直为 flase 就会进入死循环
        //      如果 flag 为 true 则程序结束
        while (!flag) {

        }

        System.out.println("主线程结束");
    }
}

执行结果 :

Java 并发的 $3$ 特性 :

• 原子性 : 每个操作都是 不可拆分的原子操作 ; 在线程中进行 a++ 就不是原子操作 , 该操作分为 $3$ 个步骤 , 首先从主内存中读取 a 变量 , 然后进行自增操作 , 最后在将自增后的值写回主内存中 ;
• 可见性 : 多个线程 访问同一个变量 , 该变量一旦被 某个线程修改 , 这些线程必须可以 立刻看到被修改的值 ;
• 有序性 : 程序按照 代码先后顺序 执行 ;

volatile 关键字 , 禁用了 CPU 缓存 , 解决的是共享变量可见性问题 ;