JMM(java内存模型 Java Memory Model)本身是一种抽象的概念,描述一组规则后规范通过这组规范定义了程序中各个变量(包括实例字段,静态变量和组成数组对象的元素)的访问方式。
JMM关于同步的规定:
由于JMM运行程序的实体是线程,而每个线程创建JVM都会为其创建一个工作内存,工作内存是每个线程的私有数据区域,而Java内存模型中规定所有变量都存储在 主内存
,主内存是共享内存区域,所有线程都可以访问,但线程对变量的操作(读取或赋值)必须在工作内存中进行,首先要将内存从主内存拷贝到自己的工作内存空间,然后对变量进行操作,操作完成后再将变量写回到主内存,不能直接操作主内存中的变量,各个线程中的工作内存中存储着主内存中的变量副本拷贝,因此不同的线程间无法访问对方的工作内存,线程间的通信(值传递)必须通过主内存来完成。访问过程如下:
volatile是Java虚拟机提供的轻量级同步机制
public class VolatileDemo { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { MyData myData = new MyData(); new Thread(() -> { try { TimeUnit.SECONDS.sleep(3); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } myData.add60(); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ " 线程内修改num的值为 :" + myData.number); }, "Thread1").start(); while (myData.number == 0) { } TimeUnit.SECONDS.sleep(4); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ " 主线程从循环中跳出"); } } class MyData { volatile int number = 0; void add60() { this.number = 60; } } 复制代码
以上代码执行结果为
Thread1 线程内修改num的值为 :60 main 主线程从循环中跳出 复制代码
由结果可知,线程之间是有可见性的,即线程Thread1 修改了number的值为60,主线程的工作内存中的number读到修改后的值为60,便跳出循环,输出循环外的语句。
如果将classData中的 number
去掉volatile的修饰,则线程间没有可见性,即主线程读不到number修改后的值,main的工作内存中还是保留number值为0,则一直停留在循环中。
不可见分割,完整性,某个线程正在做某个具体业务时,中间不可被加塞或者分割,需要整体完成,要么成功,要么失败。
public class VolatileAtomicity { public static void main(String[] args) { MyDatas myDatas = new MyDatas(); for (int i = 0; i < 20; i++) { new Thread(() -> { for (int j = 0; j < 1000; j++) { myDatas.numPlusPlus(); } }).start(); } while (Thread.activeCount() > 2) { Thread.yield(); } System.out.println(myDatas.number); } } class MyDatas { volatile int number = 0; void numPlusPlus() { number++; } } 复制代码
以上代码执行结果总是小于2000
首先我们知道 number++
操作是分两步执行:
以上,可知volatile是不符合JMM规定的原子性的,同时number++在多线程下是非线程安全的。
volatile的有序性表现在 禁止指令重排 复制代码
计算机在执行程序时,为了提高性能,编译器和处理器常常会对 指令做重排
,一般分为三类:
单线程环境里面确保程序最终执行结果和代码顺序执行的结果一致
处理器在进行重排序时必须考虑指令间的数据依赖性
多线程环境中线程交替执行,由于编译器优化重排的存在,两个线程中使用的变量能否保证一致性是无法确定的,结果无法预测
void mysort() { int x = 11; int y = 12; x = x + 5; y = x * x; } 复制代码
以上代码,执行顺序 1234、2134、1324 是不影响最终的结果的,因此代码编译后指令顺序不一定为1234,这种行为在多线程下可能会造成结果的误差。
public class ReSoreSeqDemo { int a = 0; boolean flag = false; public void method1() { a = 1; flag = true; } public void method2() { if (flag) { a = a + 5; System.out.println("****value = " + a); } } } 复制代码
如上代码,现有两个线程A/B,分别执行method1和2,仅对于线程A来说,method1方法两行执行顺序先后没有关系。但是如果method1顺序变了,先执行 flag=true
,这时线程B就进入method2的判断中,a=5,再接着执行线程A的 a=1
,最后结果为 a = 1,与期望结果 a=1
然后 a = a+5
的结果有差异。这就是需要禁止指令重排的原因。
volatile实现 禁止指令重排优化
,从而避免多线程环境下环境出现乱序执行的现象。
内存屏障又称内存栅栏,是一个CPU指令,他的作用有两个:
由于编译器和处理器都能执行指令重排优化。如果在指令间插入一条MemoryBarrier则会告诉编译器和CPU, 不管什么指令都不能和这条MemoryBarrier指令重排序,也就是 通过内存屏障禁止在内存屏障前后的指令执行重排序优化
。内存屏障另外的一个作用是强制刷出各种CPU的焕醋拿数据,因此任何CPU上的线程都能读取到这些数据的最新版本。
对volatile变量进行写操作时,会在写操作后加入一条store屏障指令,将工作内存中的共享变量之刷新到主内存中;
对volatile变量进行读操作时,会在读操作前加入一条load屏障指令,从主内存中读取共享变量
工作内存和主内存同步延迟现象导致的可见性问题
对于指令重排导致的可见性问题和有序性问题
本文结束
内容根据尚硅谷视频总结
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