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Java-volatile

Java-volatile

作者: Android_Gleam | 来源:发表于2020-10-09 13:40 被阅读0次

    JMM(Java内存模型)

    首先我们看下执行a+b这个操作需要几步:
    1.从内存中取出a
    2.从内存中取出b
    3.执行a+b
    CPU读取一次内存的响应时间大概为100纳秒,执行一条指令的时间大概为0.X(零点几)纳秒,也就是说我们上面执行a+b操作百分之99.99%的时间都是在读取内存,为了提高速度,所以出现了JMM。

    JMM就是每个线程存在自己的工作内存(抽象概念,并没有实际的硬件存储),分为了很多级别L1、L2、L3等。级别越小,读取速度越快,空间越小

    线程不可以直接操作主内存(或叫堆内存,可以看成内存条),需要将数据读取到自己的工作内存中进行操作,然后写回主内存。

    volatile(可见性)

    可见性是指当多个线程访问同一个变量时,一个线程修改了这个变量的值,其他线程能够立即看得到修改的值。

    由于线程对变量的所有操作都必须在工作内存中进行,而不能直接读写主内存中的变量,那么对于共享变量V,它们首先是在自己的工作内存,之后再同步到主内存。可是并不会及时的刷到主存中,而是会有一定时间差。很明显,这个时候线程 A 对变量 V 的操作对于线程 B 而言就不具备可见性了 。

    volatile关键字当对变量进行操作的时候,会强制从内存中重新获取一次最新值,操作完成后会第一时间写入到主内存中,这样就保证了共享对象的可见性。

    示例一
    我们创建两个线程A和B执行count = count + 1这个操作。

    1. 线程A从主内存中获取count=0到工作内存。
    2. 这时发生上下文切换,线程B执行,从主内存中获取count=0到工作内存,执行count+1,然后写入主内存。
      3.这时再次发生上下文切换,注意线程A的count的值是0,执行count+1操作,将count = 1写入主内存。
      这时问题就出现了,虽然count进行了两次累加操作,值应该是2,但是值却是1。

    我们给count加上volatile关键字,这时在步骤3进行count+1操作的时候会重新从主内存中获取值,这时获取到的值就是1了,看起来上面的问题就解决了,可是真的解决吗?答案是否定的,为什么?我们继续看

    示例二

    1. 线程A从主内存中获取count=0到工作内存,然后进行count + 1操作,注意这里可能count+1操作没执行完,或者还没写入主内存。
    2. 这时发生上下文切换,线程B执行,因为步骤1count + 1的操作还没有写入到主内存,所以线程B从主内存中获取到的count值还是0,执行count+1后count=1,然后写入主内存。
      3.这时再切换到线程A,注线程A继续执行,将count = 1写入主内存。

    我们发现问题还是继续存在的,这是为什么,因为count + 1不具备原子性,也就是说这个操作是可以被打断的,所以要解决这个问题,我们可以采用加锁的方式,或者AtomicInteger,前面的文章有介绍。

    volatile变量自身具有下列特性:

    可见性。对一个volatile变量的读,总是能看到(任意线程)对这个volatile变量最后的写入。
    原子性:对任意单个volatile变量的读/写具有原子性,但类似于volatile++这种复合操作不具有原子性。

    可见性可以认为是jdk提供的最轻量级的原子性 没有符合累加操作的时候可以用 例如
    1、一个线程写 多个线程读
    2、无关联写操作 和原值无关联 例如 conut = 6 conut = 5 而count = count + 1 则不行

    volatile的实现原理

    有volatile变量修饰的共享变量进行写操作的时候会使用CPU提供的Lock前缀指令

    1. 将当前处理器缓存行的数据写回到系统内存。 (就是说强制将工作线程的缓存数据刷新到主内存中)
    2. 这个写回内存的操作会使在其他CPU里缓存了该内存地址的数据无效。(就是使其它缓存的数据地址失效,然后重新从主内存中获取)

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