• 07 volatile & java 内存模型


    一 从单例模式说起

    singleton 单例模式一文中我们详细了解Java中单例模式的实现,不了解的可以先阅读之。

    在该文最后我们给出了双重校验锁来保证既实现线程安全,又能够使性能不受很大的影响的单例模式 代码如下:

     1 public class TwoLockSingleton {
     2     private volatile static TwoLockSingleton singleton;
     3     private TwoLockSingleton() {
     4     }
     5     public static TwoLockSingleton getInstance() {
     6         //先检查实例是否存在,如果不存在才进入下面的同步块
     7         if (singleton == null) {
     8             //同步块,线程安全的创建实例
     9             synchronized (TwoLockSingleton.class) {
    10                 //再次检查实例是否存在,如果不存在才真正的创建实例
    11                 if (singleton == null) {
    12                     singleton = new TwoLockSingleton();
    13                 }
    14             }
    15         }
    16         return singleton;
    17     }
    18 }

    “双重检查加锁”机制的实现会使用关键字volatile,

    它的意思是:被volatile修饰的变量的值,将不会被本地线程缓存,所有对该变量的读写都是直接操作共享内存,从而确保多个线程能正确的处理该变量

    在深入了解volatile之前 我们先了解一下java内存模型和并发编程中的3个问题。

    二 Java 内存模型

    在进一步讨论volatile前,我们先看Java规范里规定的多线程环境下的内存模型。

    大家都知道,计算机在执行程序时,每条指令都是在CPU中执行的,而执行指令过程中,势必涉及到数据的读取和写入。

    由于程序运行过程中的临时数据是存放在主存(物理内存)当中的,这时就存在一个问题,由于CPU执行速度很快,而从内存读取数据和向内存写入数据的过程跟CPU执行指令的速度比起来要慢的多,

    因此如果任何时候对数据的操作都要通过和内存的交互来进行,会大大降低指令执行的速度。因此在CPU里面就有了高速缓存。

    也就是,当程序在运行过程中,会将运算需要的数据从主存复制一份到CPU的高速缓存当中,那么CPU进行计算时就可以直接从它的高速缓存读取数据和向其中写入数据,

    当运算结束之后,再将高速缓存中的数据刷新到主存当中。举个简单的例子,比如下面的这段代码:

    i = i + 1

    当线程执行这个语句时,会先从主存当中读取i的值,然后复制一份到高速缓存当中,然后CPU执行指令对i进行加1操作,然后将数据写入高速缓存,最后将高速缓存中i最新的值刷新到主存当中。

    这个代码在单线程中运行是没有任何问题的,但是在多线程中运行就会有问题了。在多核CPU中,每条线程可能运行于不同的CPU中,因此每个线程运行时有自己的高速缓存.

     

    在Java中 一般将共享变量存放的地方叫主存,将各个线程的工作空间,即存放副本的地方叫做本地内存

    这种模式被称为共享内存模型:线程之间共享程序的公共状态,线程之间通过写-读内存中的公共状态来隐式进行通信。多个线程之间是不能直接传递数据交互的,它们之间的交互只能通过共享变量来实现.

    Java语言规范中提到过,JVM中存在一个主存区(Main Memory或Java Heap Memory),Java中所有变量都是存在主存中的,对于所有线程进行共享,而每个线程又存在自己的工作内存(Working Memory),工作内存中保存的是主存中某些变量的拷贝,线程对所有变量的操作并非发生在主存区,而是发生在工作内存中,而线程之间是不能直接相互访问,变量在程序中的传递,是依赖主存来完成的。

     

    问题:Java内存模型里面为什么要分主存和本地内存

    本地内存缓存共享变量副本, 是线程的操作区间 ,线程对所有变量的操作并非发生在主存区,而是发生在工作内存中,而线程之间是不能直接相互访问  

    主存是为了存放共享变量 通过本地内存中的副本刷新到贮存 借以实现多线程之间的通信

    这种模式对于多线程环境下共享数据是会带来数据不一致的危险的(时不进行并发控制时)

    如:我们希望实现对2个线程完成对a先+1后-1的操作  就可能发生我们不希望的情况  下面是一种:

     

    但有了volatile就会打破这种模式:

    被volatile修饰的变量的值,将不会被本地线程缓存,所有对该变量的读写都是直接操作共享内存,从而确保多个线程能正确的处理该变量

    从而一个线程对a进行了修改 其他线程就立即可见

    三 并发编程中的三个概念

    在并发编程中,我们通常会遇到以下三个问题:原子性问题,可见性问题,有序性问题。

    1.原子性

      原子性:即一个操作或者多个操作 要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断,要么就都不执行。

      一个很经典的例子就是银行账户转账问题:

      比如从账户A向账户B转1000元,那么必然包括2个操作:从账户A减去1000元,往账户B加上1000元。

      试想一下,如果这2个操作不具备原子性,会造成什么样的后果。假如从账户A减去1000元之后,操作突然中止。

          然后又从B取出了500元,取出500元之后,再执行 往账户B加上1000元 的操作。这样就会导致账户A虽然减去了1000元,但是账户B没有收到这个转过来的1000元。

      所以这2个操作必须要具备原子性才能保证不出现一些意外的问题。

      同样地反映到并发编程中会出现什么结果呢?

      举个最简单的例子,大家想一下假如为一个32位的变量赋值过程不具备原子性的话,会发生什么后果?

         i = 9;

       假若一个线程执行到这个语句时,我暂且假设为一个32位的变量赋值包括两个过程:为低16位赋值,为高16位赋值。

      那么就可能发生一种情况:当将低16位数值写入之后,突然被中断,而此时又有一个线程去读取i的值,那么读取到的就是错误的数据。

    Java里的原子性

    在Java中,对基本数据类型的变量的读取和赋值操作是原子性操作,即这些操作是不可被中断的,要么执行,要么不执行。

    上面一句话虽然看起来简单,但是理解起来并不是那么容易。看下面一个例子i:

    请分析以下哪些操作是原子性操作:

    1 x = 10;        //语句1
    2 y = x;         //语句2
    3 x++;           //语句3
    4 x = x + 1;     //语句4

    咋一看,有些朋友可能会说上面的4个语句中的操作都是原子性操作。其实只有语句1是原子性操作,其他三个语句都不是原子性操作。

    语句1是直接将数值10赋值给x,也就是说线程执行这个语句的会直接将数值10写入到工作内存中。

    语句2实际上包含2个操作,它先要去读取x的值,再将x的值写入工作内存,虽然读取x的值以及 将x的值写入工作内存 这2个操作都是原子性操作,但是合起来就不是原子性操作了。

    同样的,x++和 x = x+1包括3个操作:读取x的值,进行加1操作,写入新的值。

     所以上面4个语句只有语句1的操作具备原子性。

    也就是说,只有简单的读取、赋值(而且必须是将数字赋值给某个变量,变量之间的相互赋值不是原子操作)才是原子操作。

    不过这里有一点需要注意:在32位平台下,对64位数据的读取和赋值是需要通过两个操作来完成的,不能保证其原子性。但是好像在最新的JDK中,JVM已经保证对64位数据的读取和赋值也是原子性操作了。

    从上面可以看出,Java内存模型只保证了基本读取和赋值是原子性操作,如果要实现更大范围操作的原子性,可以通过synchronized和Lock来实现。

    由于synchronized和Lock能够保证任一时刻只有一个线程执行该代码块,那么自然就不存在原子性问题了,从而保证了原子性。

    2.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。

      举个简单的例子,看下面这段代码:

    //线程1执行的代码
    int i = 0;
    i = 10;
     
    //线程2执行的代码
    j = i;

    假若执行线程1的是CPU1,执行线程2的是CPU2。由上面的分析可知,当线程1执行 i =10这句时,会先把i的初始值加载到CPU1的高速缓存中,

    然后赋值为10,那么在CPU1的高速缓存当中i的值变为10了,却没有立即写入到主存当中。

    此时线程2执行 j = i,它会先去主存读取i的值并加载到CPU2的缓存当中,注意此时内存当中i的值还是0,那么就会使得j的值为0,而不是10.

    这就是可见性问题,线程1对变量i修改了之后,线程2没有立即看到线程1修改的值。

    Java的可见性:

     对于可见性,Java提供了volatile关键字来保证可见性。

     当一个共享变量被volatile修饰时,它会保证修改的值会立即被更新到主存,当有其他线程需要读取时,它会去内存中读取新值。

     而普通的共享变量不能保证可见性,因为普通共享变量被修改之后,什么时候被写入主存是不确定的,当其他线程去读取时,此时内存中可能还是原来的旧值,因此无法保证可见性。

     另外,通过synchronized和Lock也能够保证可见性,synchronized和Lock能保证同一时刻只有一个线程获取锁然后执行同步代码,并且在释放锁之前会将对变量的修改刷新到主存当中。因此可以保证可见性。

    3.有序性

      有序性:即程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。举个简单的例子,看下面这段代码:

    1 int i = 0;              
    2 boolean flag = false;
    3 i = 1;                //语句1  
    4 flag = true;          //语句2

    上面代码定义了一个int型变量,定义了一个boolean类型变量,然后分别对两个变量进行赋值操作。

    从代码顺序上看,语句1是在语句2前面的,那么JVM在真正执行这段代码的时候会保证语句1一定会在语句2前面执行吗?

    不一定,为什么呢?这里可能会发生指令重排序(Instruction Reorder)。

    下面解释一下什么是指令重排序,一般来说,处理器为了提高程序运行效率,可能会对输入代码进行优化,它不保证程序中各个语句的执行先后顺序同代码中的顺序一致,

    但是它会保证程序最终执行结果和代码顺序执行的结果是一致的。

    比如上面的代码中,语句1和语句2谁先执行对最终的程序结果并没有影响,那么就有可能在执行过程中,语句2先执行而语句1后执行。

    但是要注意,虽然处理器会对指令进行重排序,但是它会保证程序最终结果会和代码顺序执行结果相同,那么它靠什么保证的呢?再看下面一个例子:

    1 int a = 10;    //语句1
    2 int r = 2;    //语句2
    3 a = a + 3;    //语句3
    4 r = a*a;     //语句4

    这段代码有4个语句,那么可能的一个执行顺序是:

    那么可不可能是这个执行顺序呢: 语句2   语句1    语句4   语句3

    不可能,因为处理器在进行重排序时是会考虑指令之间的数据依赖性,如果一个指令Instruction 2必须用到Instruction 1的结果,那么处理器会保证Instruction 1会在Instruction 2之前执行。

    虽然重排序不会影响单个线程内程序执行的结果,但是多线程呢?下面看一个例子:

    1 //线程1:
    2 context = loadContext();   //语句1
    3 inited = true;             //语句2
    4  
    5 //线程2:
    6 while(!inited ){
    7   sleep()
    8 }
    9 doSomethingwithconfig(context);

    面代码中,由于语句1和语句2没有数据依赖性,因此可能会被重排序。

    假如发生了重排序,在线程1执行过程中先执行语句2,而此是线程2会以为初始化工作已经完成,

    那么就会跳出while循环,去执行doSomethingwithconfig(context)方法,而此时context并没有被初始化,就会导致程序出错。

    从上面可以看出,指令重排序不会影响单个线程的执行,但是会影响到线程并发执行的正确性。

    也就是说,要想并发程序正确地执行,必须要保证原子性、可见性以及有序性。只要有一个没有被保证,就有可能会导致程序运行不正确。

    Java的有序性:

    在Java内存模型中,允许编译器和处理器对指令进行重排序,但是重排序过程不会影响到单线程程序的执行,却会影响到多线程并发执行的正确性。

    在Java里面,可以通过volatile关键字来保证一定的“有序性”(具体原理在下一节讲述)。

    另外可以通过synchronized和Lock来保证有序性,很显然,synchronized和Lock保证每个时刻是有一个线程执行同步代码,相当于是让线程顺序执行同步代码,自然就保证了有序性。

    另外,Java内存模型具备一些先天的“有序性”,即不需要通过任何手段就能够得到保证的有序性,这个通常也称为 happens-before 原则。

    如果两个操作的执行次序无法从happens-before原则推导出来,那么它们就不能保证它们的有序性,虚拟机可以随意地对它们进行重排序。

    下面就来具体介绍下happens-before原则(先行发生原则):

    • 程序次序规则:一个线程内,按照代码顺序,书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作
    • 锁定规则:一个unLock操作先行发生于后面对同一个锁额lock操作
    • volatile变量规则:对一个变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作
    • 传递规则:如果操作A先行发生于操作B,而操作B又先行发生于操作C,则可以得出操作A先行发生于操作C
    • 线程启动规则:Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每个一个动作
    • 线程中断规则:对线程interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生
    • 线程终结规则:线程中所有的操作都先行发生于线程的终止检测,我们可以通过Thread.join()方法结束、Thread.isAlive()的返回值手段检测到线程已经终止执行
    • 对象终结规则:一个对象的初始化完成先行发生于他的finalize()方法的开始

      这8条原则摘自《深入理解Java虚拟机》。

      这8条规则中,前4条规则是比较重要的,后4条规则都是显而易见的。

      下面我们来解释一下前4条规则:

    对于程序次序规则来说,我的理解就是一段程序代码的执行在单个线程中看起来是有序的。注意,虽然这条规则中提到“书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作”,这个应该是程序看起来执行的顺序是按照代码顺序执行的,因为虚拟机可能会对程序代码进行指令重排序。虽然进行重排序,但是最终执行的结果是与程序顺序执行的结果一致的,它只会对不存在数据依赖性的指令进行重排序。因此,在单个线程中,程序执行看起来是有序执行的,这一点要注意理解。事实上,这个规则是用来保证程序在单线程中执行结果的正确性,但无法保证程序在多线程中执行的正确性。

      第二条规则也比较容易理解,也就是说无论在单线程中还是多线程中,同一个锁如果出于被锁定的状态,那么必须先对锁进行了释放操作,后面才能继续进行lock操作。

      第三条规则是一条比较重要的规则,也是后文将要重点讲述的内容。直观地解释就是,如果一个线程先去写一个变量,然后一个线程去进行读取,那么写入操作肯定会先行发生于读操作。

      第四条规则实际上就是体现happens-before原则具备传递性。

    四 volatile

     1 语义

    一旦一个共享变量(类的成员变量、类的静态成员变量)被volatile修饰之后,那么就具备了两层语义:

    1)保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性,即一个线程修改了某个变量的值,这新值对其他线程来说是立即可见的。

    2)禁止进行指令重排序。

    volatile关键字禁止指令重排序有两层意思:

      1)当程序执行到volatile变量的读操作或者写操作时,在其前面的操作的更改肯定全部已经进行,且结果已经对后面的操作可见;在其后面的操作肯定还没有进行;

      2)在进行指令优化时,不能将在对volatile变量访问的语句放在其后面执行,也不能把volatile变量后面的语句放到其前面执行。

    先看一段代码,假如线程1先执行,线程2后执行:

    //线程1
    boolean stop = false;
    while(!stop){
        doSomething();
    }
     
    //线程2
    stop = true;

    这段代码是很典型的一段代码,很多人在中断线程时可能都会采用这种标记办法。

    但是事实上,这段代码会完全运行正确么?

    即一定会将线程中断么?不一定,也许在大多数时候,这个代码能够把线程中断,但是也有可能会导致无法中断线程(虽然这个可能性很小,但是只要一旦发生这种情况就会造成死循环了)。

    下面解释一下这段代码为何有可能导致无法中断线程。在前面已经解释过,每个线程在运行过程中都有自己的工作内存,那么线程1在运行的时候,会将stop变量的值拷贝一份放在自己的工作内存当中。

    那么当线程2更改了stop变量的值之后,但是还没来得及写入主存当中,线程2转去做其他事情了,那么线程1由于不知道线程2对stop变量的更改,因此还会一直循环下去。

    但是用volatile修饰之后就变得不一样了:

      第一:使用volatile关键字会强制将修改的值立即写入主存;

      第二:使用volatile关键字的话,当线程2进行修改时,会导致线程1的工作内存中缓存变量stop的缓存行无效(反映到硬件层的话,就是CPU的L1或者L2缓存中对应的缓存行无效);

      第三:由于线程1的工作内存中缓存变量stop的缓存行无效,所以线程1再次读取变量stop的值时会去主存读取。

      

    那么在线程2修改stop值时(当然这里包括2个操作,修改线程2工作内存中的值,然后将修改后的值写入内存),会使得线程1的工作内存中缓存变量stop的缓存行无效,

    然后线程1读取时,发现自己的缓存行无效,它会等待缓存行对应的主存地址被更新之后,然后去对应的主存读取最新的值。

    那么线程1读取到的就是最新的正确的值。

    volatile无法保证对变量的任何操作都是原子性的

     从上面知道volatile关键字保证了操作的可见性,但是volatile能保证对变量的操作是原子性吗?

     1 public class Test {
     2     public volatile int inc = 0;
     3      
     4     public void increase() {
     5         inc++;
     6     }
     7      
     8     public static void main(String[] args) {
     9         final Test test = new Test();
    10         for(int i=0;i<10;i++){
    11             new Thread(){
    12                 public void run() {
    13                     for(int j=0;j<1000;j++)
    14                         test.increase();
    15                 };
    16             }.start();
    17         }
    18          
    19         while(Thread.activeCount()>1)  //保证前面的线程都执行完
    20             Thread.yield();
    21         System.out.println(test.inc);
    22     }
    23 }

    大家想一下这段程序的输出结果是多少?也许有些朋友认为是10000。但是事实上运行它会发现每次运行结果都不一致,都是一个小于10000的数字。

    可能有的朋友就会有疑问,不对啊,上面是对变量inc进行自增操作,由于volatile保证了可见性,那么在每个线程中对inc自增完之后,

    在其他线程中都能看到修改后的值啊,所以有10个线程分别进行了1000次操作,那么最终inc的值应该是1000*10=10000。

    这里面就有一个误区了,volatile关键字能保证可见性没有错,但是上面的程序错在没能保证原子性。可见性只能保证每次读取的是最新的值,但是volatile没办法保证对变量的操作的原子性。

    在前面已经提到过,自增操作是不具备原子性的,它包括读取变量的原始值、进行加1操作、写入工作内存。那么就是说自增操作的三个子操作可能会分割开执行,就有可能导致下面这种情况出现:

    假如某个时刻变量inc的值为10, 线程1对变量进行自增操作,线程1先读取了变量inc的原始值,然后线程1被阻塞了;

    然后线程2对变量进行自增操作,线程2也去读取变量inc的原始值,由于线程1只是对变量inc进行读取操作,而没有对变量进行修改操作,

    所以不会导致线程2的工作内存中缓存变量inc的缓存行无效,所以线程2会直接去主存读取inc的值,发现inc的值时10,然后进行加1操作,并把11写入工作内存,最后写入主存。

    然后线程1接着进行加1操作,由于已经读取了inc的值,注意此时在线程1的工作内存中inc的值仍然为10,所以线程1对inc进行加1操作后inc的值为11,然后将11写入工作内存,最后写入主存。

    那么两个线程分别进行了一次自增操作后,inc只增加了1。

    解释到这里,可能有朋友会有疑问,不对啊,前面不是保证一个变量在修改volatile变量时,会让缓存行无效吗?然后其他线程去读就会读到新的值,对,这个没错。这个就是上面的happens-before规则中的volatile变量规则,但是要注意,线程1对变量进行读取操作之后,被阻塞了的话,并没有对inc值进行修改。然后虽然volatile能保证线程2对变量inc的值读取是从内存中读取的,但是线程1没有进行修改,所以线程2根本就不会看到修改的值。

    根源就在这里,自增操作不是原子性操作,而且volatile也无法保证对变量的任何操作都是原子性的

    把上面的代码改成以下任何一种都可以达到效果:

    采用synchronized

    public class Test {
        public  int inc = 0;
        
        public synchronized void increase() {
            inc++;
        }
        
        public static void main(String[] args) {
            final Test test = new Test();
            for(int i=0;i<10;i++){
                new Thread(){
                    public void run() {
                        for(int j=0;j<1000;j++)
                            test.increase();
                    };
                }.start();
            }
            
            while(Thread.activeCount()>1)  //保证前面的线程都执行完
                Thread.yield();
            System.out.println(test.inc);
        }
    }

    采用Lock:

     1 public class Test {
     2     public  int inc = 0;
     3     Lock lock = new ReentrantLock();
     4     
     5     public  void increase() {
     6         lock.lock();
     7         try {
     8             inc++;
     9         } finally{
    10             lock.unlock();
    11         }
    12     }
    13     
    14     public static void main(String[] args) {
    15         final Test test = new Test();
    16         for(int i=0;i<10;i++){
    17             new Thread(){
    18                 public void run() {
    19                     for(int j=0;j<1000;j++)
    20                         test.increase();
    21                 };
    22             }.start();
    23         }
    24         
    25         while(Thread.activeCount()>1)  //保证前面的线程都执行完
    26             Thread.yield();
    27         System.out.println(test.inc);
    28     }
    29 }

    采用AtomicInteger:

    在java 1.5的java.util.concurrent.atomic包下提供了一些原子操作类,即对基本数据类型的 自增(加1操作),自减(减1操作)、以及加法操作(加一个数),减法操作(减一个数)进行了封装,保证这些操作是原子性操作。atomic是利用CAS来实现原子性操作的(Compare And Swap),CAS实际上是利用处理器提供的CMPXCHG指令实现的,而处理器执行CMPXCHG指令是一个原子性操作。

     1 public class Test {
     2     public  AtomicInteger inc = new AtomicInteger();
     3      
     4     public  void increase() {
     5         inc.getAndIncrement();
     6     }
     7     
     8     public static void main(String[] args) {
     9         final Test test = new Test();
    10         for(int i=0;i<10;i++){
    11             new Thread(){
    12                 public void run() {
    13                     for(int j=0;j<1000;j++)
    14                         test.increase();
    15                 };
    16             }.start();
    17         }
    18         
    19         while(Thread.activeCount()>1)  //保证前面的线程都执行完
    20             Thread.yield();
    21         System.out.println(test.inc);
    22     }
    23 }

    3.volatile能保证有序性吗?

    在前面提到volatile关键字能禁止指令重排序,所以volatile能在一定程度上保证有序性。

    volatile关键字禁止指令重排序有两层意思:

      1)当程序执行到volatile变量的读操作或者写操作时,在其前面的操作的更改肯定全部已经进行,且结果已经对后面的操作可见;在其后面的操作肯定还没有进行;

      2)在进行指令优化时,不能将在对volatile变量访问的语句放在其后面执行,也不能把volatile变量后面的语句放到其前面执行。

    可能上面说的比较绕,举个简单的例子:

    1 //x、y为非volatile变量
    2 //flag为volatile变量
    3  
    4 x = 2;        //语句1
    5 y = 0;        //语句2
    6 flag = true;  //语句3
    7 x = 4;        //语句4
    8 y = -1;       //语句5

    由于flag变量为volatile变量,那么在进行指令重排序的过程的时候,不会将语句3放到语句1、语句2前面,也不会讲语句3放到语句4、语句5后面。

    但是要注意语句1和语句2的顺序、语句4和语句5的顺序是不作任何保证的。

    并且volatile关键字能保证,执行到语句3时,语句1和语句2必定是执行完毕了的,且语句1和语句2的执行结果对语句3、语句4、语句5是可见的。

    那么我们回到前面举的一个例子:

    //线程1:
    context = loadContext();   //语句1
    inited = true;             //语句2
     
    //线程2:
    while(!inited ){
      sleep()
    }
    doSomethingwithconfig(context);

    前面举这个例子的时候,提到有可能语句2会在语句1之前执行,那么久可能导致context还没被初始化,而线程2中就使用未初始化的context去进行操作,导致程序出错。

    这里如果用volatile关键字对inited变量进行修饰,就不会出现这种问题了,因为当执行到语句2时,必定能保证context已经初始化完毕。

    4.volatile的原理和实现机制

      前面讲述了源于volatile关键字的一些使用,下面我们来探讨一下volatile到底如何保证可见性和禁止指令重排序的。

      下面这段话摘自《深入理解Java虚拟机》:

      “观察加入volatile关键字和没有加入volatile关键字时所生成的汇编代码发现,加入volatile关键字时,会多出一个lock前缀指令”

      lock前缀指令实际上相当于一个内存屏障(也成内存栅栏),内存屏障会提供3个功能:

      1)它确保指令重排序时不会把其后面的指令排到内存屏障之前的位置,也不会把前面的指令排到内存屏障的后面;即在执行到内存屏障这句指令时,在它前面的操作已经全部完成;

      2)它会强制将对缓存的修改操作立即写入主存;

      3)如果是写操作,它会导致其他CPU中对应的缓存行无效。

    5使用volatile关键字的场景

    synchronized关键字是防止多个线程同时执行一段代码,那么就会很影响程序执行效率,

    而volatile关键字在某些情况下性能要优于synchronized,但是要注意volatile关键字是无法替代synchronized关键字的,

    因为volatile关键字无法保证操作的原子性。通常来说,使用volatile必须具备以下2个条件:

      1)对变量的写操作不依赖于当前值

      2)该变量没有包含在具有其他变量的不变式中

      实际上,这些条件表明,可以被写入 volatile 变量的这些有效值独立于任何程序的状态,包括变量的当前状态。

      事实上,我的理解就是上面的2个条件需要保证操作是原子性操作,才能保证使用volatile关键字的程序在并发时能够正确执行。

      下面列举几个Java中使用volatile的几个场景。

    1.状态标记量

    1 volatile boolean flag = false;
    2  
    3 while(!flag){
    4     doSomething();
    5 }
    6  
    7 public void setFlag() {
    8     flag = true;
    9 }
    volatile boolean inited = false;
    //线程1:
    context = loadContext();  
    inited = true;            
     
    //线程2:
    while(!inited ){
    sleep()
    }
    doSomethingwithconfig(context);

    2.double check

    class Singleton{
        private volatile static Singleton instance = null;
         
        private Singleton() {
             
        }
         
        public static Singleton getInstance() {
            if(instance==null) {
                synchronized (Singleton.class) {
                    if(instance==null)
                        instance = new Singleton();
                }
            }
            return instance;
        }
    }

    参考:

    Java并发编程:volatile关键字解析
    Java 中的双重检查(Double-Check)
     
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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/wihainan/p/4763098.html
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