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三、volatile

三、volatile

作者: 小绵羊你毛不多 | 来源:发表于2018-08-21 13:25 被阅读0次

    特征

    被volatile修饰的变量,具有两个特征

    1. 保证可见性
    2. 不保证原子性
    3. 禁止指令重排序

    关于内存可见性、原子性、有序性,先来了解一下内存模型吧~

    java内存模型(JMM)

    • JMM定义了线程和主内存之间的抽相关
      • 每个线程都会有一个私有的本地内存,存储了共享变量的副本
      • 共享变量存储再主内存中
      • image
    特性
    • 原子性
      • 一个操作要么全部执行并且执行的过程不会被打断,要么就不执行(有点像事务)
      • 下面举个例子
    i = 0;  //是原子操作         
    j = i ; //不是! 包含两个操作 1.读取i 2.赋值给j
    i++;    //不是!三个操作 1.读取i 2.+1 3.赋值给i 
    

    volatile是无法保证复合操作的原子性。想在多线程环境下保证原子性,可以通过锁、synchronized来确保

    • 可见性
      • 多线程访问一个变量时,一个线程修改变量的值,其他线程能立即看到。
      • 但是,多线程环境下,一个线程修改变量对其他线程是不可见的!

    volatile可以保证可见性。当一个变量被volatile修饰之后,该变量被修改后立即更新到内存中,读取的时候会直接从内存中读取。

    • 有序性
      • 执行的顺序按照代码的先后顺序执行
      • 在java内存模型中,为了效率,是允许处理器对指令进行重排序的

    volatile禁止指令重排序,来保证一定的有序性

    指令重排序:是JVM为了优化指令,提高程序运行效率,在不影响单线程程序执行结果的前提下,尽可能地提高并行度。注意是单线程,多线程情况下会有问题啊

    原理

    在jvm底层 是采用‘内存屏障’来实现的

    • 内存屏障 (Memory Barrier)

      • 又叫内存栅栏,是一个cpu指令
      • 插入一条MB,会告诉编译器和cpu,什么指令都不能和这条MB指令重排序
      • MB会强制刷出各种CPU cache,如一个Write-Barrier将刷出所有再Barrier之前写入cache的数据,因此cpu上的线程都能读取到这些数据的最新版本
    • ****如果一个变量是volatile修饰的,JMM会再写入这个字段之后插入Write-Barrier指令,在读这个字段之前插入Read-Barrier指令****,意味着:

      • 一个线程写入变量A后,任何线程都可以拿到最新值
    • happens-before

      • 两个操作间具有h-b关系,并不以为着前一个操作必须要在后一个操作之前执行。
      • 仅仅要求前一个操作的执行结果,对后一个操作可见。且前一个操作按顺序排在后一个操作之前。

    应用场景

    • 状态量标记
    int a = 0;
    //修改后立刻对线程可见 比sync lock有一定的效率提升
    volatile bool flag = false;
    
    public void write() {
        a = 2;              //1
        flag = true;        //2
    }
    
    public void multiply() {
        if (flag) {         //3
            int ret = a * a;//4
        }
    }
    
    • 单例模式的实现 双重检查锁定(DCL)
    懒汉模式
    class Singleton{
    //为了避免初始化操作的指令重排序 
        private volatile static Singleton instance = null;
     
        private Singleton() {
     
        }
     
        public static Singleton getInstance() {
            if(instance==null) { //B
                synchronized (Singleton.class) {
                    if(instance==null)
    //在Singleton构造函数体执行之前,变量instance可能成为非null!
                        instance = new Singleton(); //A
                }
            }
            return instance;
        }
    }
    1.线程1进入到//A处,但在构造函数执行之前。使实例成为非null
    2.线程2进入//B处,实例不为null,将instance引用返回。返回了一个构造完整但部分初始化的singleton对象
    
    • 独立观察 获取最近一次登录的用户名
     public volatile String lastUser; //发布的信息
     
        public boolean authenticate(String user, String password) {
            boolean valid = passwordIsValid(user, password);
            if (valid) {
                User u = new User();
                activeUsers.add(u);
                lastUser = user;
            }
            return valid;
        }
    
    
    • 开销较低的 ‘读-写锁’策略
    private volatile int value;
     
        //读操作,没有synchronized,提高性能
        public int getValue() { 
            return value; 
        } 
     
        //写操作,必须synchronized。因为x++不是原子操作
        public synchronized int increment() {
            return value++;
        }
    
    

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