volatile是Java中的关键字,是轻量级的并发实现,效率比synchronized高,唯一不足是不能保证原子性,可保证有序性和内存可见性。
本节内容如下:
1.讲解Java内存模型
2.并发的三大特性:原子性,有序性,可见性
3.深入理解volitale
4. volatile和synchronized区别:
1.Java内存模型
Java内存模型规定,所有的共享变量都存储在主内存中,每个线程还有自己的工作内存,线程工作时,将主存中的变量拷贝到自己的工作内存,线程的读取、赋值等操作都是在工作内存中完成的,修改后的值不确定什么时候会同步到主存中,线程之间不能互相访问对方工作内存,这样线程工作内存中的值并不是最新值,从而产生内存不一致问题。
如:i=++i;
若初始化i=0,两个线程同时访问,最终i应该为2。但是可能会出现下面这种情况,两个线程同时读取到工作内存的值均为0,第一个线程执行完成后将1写到主内存,第二个线程的工作内存中i还为0,计算完成后,写到主存的值仍然为1。对于数字的操作,Java提供了原子操作类:AtomicInteger.
2. 并发三大特性
2.1 原子性
原子性即一个操作或多个操作,要么全部执行成功,要么全部执行失败。
比如:A给B赚钱,A账户减钱和B账户加钱的操作就是原子性的,必须要同时成功或同时失败,不可能A减钱成功,B加钱失败。
Java中的读取和赋值的单个操作都是原子性的,但是组合起来的操作就不是原子性的了。如下:
x=10;将10写到工作内存,是原子性的
y=x;该赋值包含两步,读取x的值,然后将10写到工作内存,所以并非原子性
x++;该操作包含三步,读取x的值,将x的值加1,将运行后的值写到工作内存中,所以也并非原子性
2.2 有序性
有序性是指程序执行的顺序按照代码的顺序执行。
而程序真正执行时不一定是按照代码的顺序执行的,因为可能会发生指令重排序,在指令重排序时会考虑数据间的依赖性,被依赖的数据会先执行,保证执行结果正确。适当的指令重排序会提升程序的性能。
虽然重排序不会影响单线程的执行结果,但是对于多线程的执行可能会导致结果错误。
如下:
//线程1执行如下代码
context=loadContext();//1
flag=true;//2
//线程2执行如下代码
while(!flag){}
dosomething(context);
1和2重排序后,单线程环境下不会影响结果,多线程时,若线程1执行完2还没初始化context,线程2跳出循环执行下面一条语句则会报错。
Java中可以通过volitale关键字保证有序性,防止编译器和处理器对指令进行重排序。
2.3 内存可见性
内存可见性是指,当多个线程共享同一个变量时,一个线程修改了该变量,其他线程能立刻看到修改后的新值。
当主线程将flag改为false后,由于没有立即写到主内存,第一个线程一直在工作内存读取flag,则很可能会造成死循环或者很久才读到最新变量。
3.深入理解volitale
volitale是线程同步的轻量级实现。一个共享变量被volitale修饰之后,即可保证内存可见性和有序性,但是不能保证原子性。
3.1 内存可见性
被volitale修饰后,线程改变共享变量后,会强制刷新到主内存,使其他线程的工作内存中该变量的缓存失效,所以其他线程再次读取该变量时只能去主存中读。
3.2 有序性
volitale可以通过禁止指令重排序来实现有序性。
如何做到禁止指令重排序的呢?
如下例子:
x=0;//1
y=1;//2
volatile boolean flag=true;//3
x=x+1;//4
y=y+1;//5
虚拟机会保证,1,2两条语句一定会在3之前执行,4,5两条语句一定会在3之后执行,但不能保证1,2或者4,5之间不进行重排序。
在对volatile修饰的变量进行写操作时,虚拟机会向处理器发送一条Lock前缀的指令,把变量的值写到主内存中,从而保证内存可见性。该指令就像一个内存屏障(内存栅栏),保证指令重排序时,不把其后面的指令排到内存屏障前面,也不把其前面的指令排到内存屏障后面。
4. volatile和synchronized区别:
volatile不支持原子性,synchronized是同步操作,一定是原子的;
volatile并发时不会阻塞,而synchronized会发生阻塞。
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