Java多线程之内存可见性

时间:2021-11-09 17:30:21

可见性:一个线程对共享变量变量的修改,能够及时地被其他线程看到。

Java内存模型:描述了Java程序中各种变量(线程共享变量)的访问规则,以及在JVM中将变量存储到内存和从内存中读取变量这样的底层细节。

所有的变量都存储在主内存

每个线程都有自己独立的工作内存,里面保存该线程使用到的变量的副本

线程对共享变量的操作都必须在自己工作内存中进行

不能直接从主内存中读写

线程变量值的传递需要通过主内存传递

可见性实现方式:

   Java语言层面支持的可见性实现方式:

     synchronized:

       原子性(同步)

       可见性:线程解锁前,必须把共享变量的最新值刷新到主内存中

                   线程加锁时,将清空工作内存*享变量的值,从而使用共享变量时需要从主内存中重新读取最新值(注意:加锁和解锁需要是同一把锁)

     volatile:

     final:

指令重排序:代码书写的顺序与实际执行顺序不同,指令重排序是编译器或者处理器为了提高程序性能而做的优化

                  1.编译器优化重排序(编译器优化)

                  2.指令集并行重排序(处理器优化)

                  3.内存系统的重排序(处理器优化)

                 只有数据依赖关系,才禁止重拍序

as-if-serial:无论如何重排序,程序执行的结果应与代码顺序执行的结果一致(Java编译器,运行时和处理器都会保证Java在单线程下遵循as-if-serial语义)

                    多线程中程序交错执行,重排序可能会造成内存可见性问题

导致共享变量在线程间不可见的原因:

1.线程的交叉执行

2.重排序结合线程交叉执行

3.共享变量更新后的值没有及时更新

volatile:1.能够保证volatile变量的可见性

                2.不能保证volatile变量复合操作的原子性

深入的说:通过加入内存屏障和禁止指令重排序优化来实现的

对volatile变量执行写操作时,会在写操作后加入一条store屏障指令

对volatile变量执行读操作时,会在读操作前加入一条load屏障指令

volatile变量在每次被线程访问时,都强迫从主内存中重读该变量的值。而当该变量发生变化时,又会强迫线程将最新的值刷新到主内存。

保证number自增操作的原子性:

   1.使用synchronized关键字

   2.使用Reentrantlock

    (Java.util.concurrent.locks包下)

   3.使用AtomicInteger

     (vava.util.concurrent.atomic包下)

在多线程中安全的使用volatile变量,必须同时满足:

1.对变量的写入操作不依赖其当前值

    不满足:number++,count=count*5等

    满足:boolean变量,记录温度变化的变量

 2.该变量没有包含在具有其他变量的不变式中

    不满足:不变式:low<up

Synchronized和volatile比较:

1.volatile不需要加锁,比synchronized更轻量级,不会阻塞线程;执行效率高

2.从内存可见性角度讲:volatile读相当于加锁,volatile写相当于解锁

3.synchronized既能保证可见性,又能保证原子性,而volatile只能保证可见性,无法保证原子性

4.volatile没有synchronized使用更广泛

没有保证可见性的措施,很多时候共享变量依然能够在主内存和工作内存见得到及时更新?

      一般只有在短时间内高并发的情况下才会出现变量得不到及时更新情况,因为CPU在执行时会很快地刷新缓存,所以一般情况下很难看到这种问题。