在上一篇文章 一男子给对象转账5000元,居然又退还了! 中,我们学习了并发三大特性之一的原子性,并对原子性问题进行分析。
这篇文章我们就一起来了解下可见性:
首先看下可见性的概念:
可见性就是指 某一个线程修改了共享变量的值时,其他线程能够立即得知这个修改 。
什么?难道变量被修改了,线程不应该马上读取到的吗?为什么和我认知的不一样呢?
好的,那么接下来让我们带着问题,一起来搞懂可见性问题。
可见性问题的元凶就是 CPU 缓存 ,都怪 CPU 为程序性能优化做的努力,搞出这么多幺蛾子。
关于 CPU 缓存可以阅读: 原来 CPU 为程序性能优化做了这么多
首先在单核 CPU 上,是不存在可见性问题的,因为所有的线程都在一个 CPU 上执行,所有的线程都是操作同一 CPU 缓存,某一个线程修改了共享变量的值,另外的线程也可以马上读取到,因此是可见的。
如上图所示, Thread-0
和 Thread-1
都是在一个 CPU 缓存上进行操作,所以 Thread-0
修改了变量 flag
的值后, Thread-1
再去访问变量 flag
,得到的一定是最新的 flag
值。
然而在多核 CPU 上,由于每个 CPU 都有自己的缓存,当多个不同线程运行在不同的 CPU 上时,这些线程操作的 CPU 缓存也是不同的,因此某一个线程对共享变量进行修改时,另外的线程读取到的不一定是最新值,也就不具有可见性了。
如上图所示, Thread-0
是在 CPU-0
上的缓存进行操作, Thread-1
是在 CPU-1
上的缓存进行操作,所以 Thread-0
修改了变量 flag
的值后, Thread-1
再去访问变量 flag
,得到的不一定是最新的 flag
值,因此 Thread-0
对共享变量 flag
的修改对 Thread-1
是不可见的。
下面用一个例子来看下可见性问题,创建一个 VisibilityTest
类,实现 Runnable
接口,在 run()
方法中判断 flag
是否为 true
,若为 true
则进行打印操作,主方法中启动一个线程 thread
,主线程等待 0.5 秒后,将 flag
的值设为 true
。
public class VisibilityDemo { private static class VisibilityTest implements Runnable { private boolean flag = false; @Override public void run() { while (true) { if (flag) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + flag); } } } } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { VisibilityTest visibilityTest = new VisibilityTest(); Thread thread = new Thread(visibilityTest); thread.start(); // 等待线程启动 Thread.sleep(500); // 更新 flag 为 true visibilityTest.flag = true; System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + visibilityTest.flag); } }
发现输出的结果为: main:true
,和我们想象的不太一样,按道理 thread 应该会持续打印出 Thread-0:true
的,但是并非如此,这也就验证了我们刚才讲的可见性问题。
那么如何解决可见性问题呢?
可以采用同步的方式去解决或者使用 volatile 关键字也可以保证可见性。
关于 volatile 相关原理可以阅读: 你真的了解 volatile 关键字吗?
本文学习了线程安全三大特性之中的可见性,另外 CPU 缓存在提高程序性能的同时也带来了可见性问题,只有我们理解了可见性的原理,才更容易去诊断并发编程中的 BUG。
参考
《Java并发编程实战》
《深入理解Java虚拟机:JVM高级特性与最佳实践》
《实战Java高并发程序设计》
《Java多线程编程核心技术》
Java并发编程实战