Volatile可见性分析（一）

JUC（java.util.concurrent）
进程和线程
进程：后台运行的程序（我们打开的一个软件，就是进程）
线程：轻量级的进程，并且一个进程包含多个线程（同在一个软件内，同时运行窗口，就是线程）
并发和并行
并发：同时访问某个东西，就是并发
并行：一起做某些事情，就是并行
JUC下的三个包
java.util.concurrent
java.util.concurrent.atomic
java.util.concurrent.locks

谈谈对Volatile的理解

Volatile在日常的单线程环境是应用不到的

Volatile是Java虚拟机提供的轻量级的同步机制（三大特性）
保证可见性
不保证原子性
禁止指令重排

JMM是什么

JMM是Java内存模型，也就是Java Memory Model，简称JMM，本身是一种抽象的概念，实际上并不存在，它描述的是一组规则或规范，通过这组规范定义了程序中各个变量（包括实例字段，静态字段和构成数组对象的元素）的访问方式

JMM关于同步的规定：

线程解锁前，必须把共享变量的值刷新回主内存
线程解锁前，必须读取主内存的最新值，到自己的工作内存
加锁和解锁是同一把锁

由于JVM运行程序的实体是线程，而每个线程创建时JVM都会为其创建一个工作内存（有些地方称为栈空间），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（读取赋值等）必须在工作内存中进行，首先要将变量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会主内存，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（传值）必须通过主内存来完成，其简要访问过程：

数据传输速率：硬盘 < 内存 < cache < CPU

上面提到了两个概念：主内存和工作内存

主内存：就是计算机的内存，也就是经常提到的8G内存，16G内存
工作内存：但我们实例化 new student，那么 age = 25 也是存储在主内存中
当同时有三个线程同时访问 student中的age变量时，那么每个线程都会拷贝一份，到各自的工作内存，从而实现了变量的拷贝

即：JMM内存模型的可见性，指的是当主内存区域中的值被某个线程写入更改后，其它线程会马上知晓更改后的值，并重新得到更改后的值。

JMM的特性

JMM的三大特性，volatile只保证了两个，即可见性和有序性，不满足原子性

可见性
原子性
有序性

可见性代码验证

但我们对于成员变量没有添加任何修饰时，是无法感知其它线程修改后的值

package com.moxi.interview.study.thread;

/**
* Volatile Java虚拟机提供的轻量级同步机制
*
* 可见性（及时通知）
* 不保证原子性
* 禁止指令重排
*
*/

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 假设是主物理内存
 */
class MyData {

    int number = 0;

    public void addTo60() {
        this.number = 60;
    }
}

/**
 * 验证volatile的可见性
 * 1. 假设int number = 0， number变量之前没有添加volatile关键字修饰
 */
public class VolatileDemo {

    public static void main(String args []) {

        // 资源类
        MyData myData = new MyData();

        // AAA线程 实现了Runnable接口的，lambda表达式
        new Thread(() -> {

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t come in");

            // 线程睡眠3秒，假设在进行运算
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            // 修改number的值
            myData.addTo60();

            // 输出修改后的值
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t update number value:" + myData.number);

        }, "AAA").start();

        while(myData.number == 0) {
            // main线程就一直在这里等待循环，直到number的值不等于零
        }

        // 按道理这个值是不可能打印出来的，因为主线程运行的时候，number的值为0，所以一直在循环
        // 如果能输出这句话，说明AAA线程在睡眠3秒后，更新的number的值，重新写入到主内存，并被main线程感知到了
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t mission is over");

        /**
         * 最后输出结果：
         * AAA	 come in
         * AAA	 update number value:60
         * 最后线程没有停止，并行没有输出  mission is over 这句话，说明没有用volatile修饰的变量，是没有可见性
         */

    }
}

输出结果为

最后线程没有停止，并行没有输出 mission is over 这句话，说明没有用volatile修饰的变量，是没有可见性

当我们修改MyData类中的成员变量时，并且添加volatile关键字修饰

/**
 * 假设是主物理内存
 */
class MyData {
    /**
     * volatile 修饰的关键字，是为了增加 主线程和线程之间的可见性，只要有一个线程修改了内存中的值，其它线程也能马上感知
     */
    volatile int number = 0;

    public void addTo60() {
        this.number = 60;
    }
}

最后输出的结果为：

主线程也执行完毕了，说明volatile修饰的变量，是具备JVM轻量级同步机制的，能够感知其它线程的修改后的值。

Volatile缓存可见性实现原理

底层实现主要是通过汇编lock前缀指令，它会锁定这块内存区域的缓存(缓存行锁定)并写回到主内存。IA-32和Intel 64架构软件开发者手册对lock指令的解释：

1）会将当前处理器缓存行的数据立即写回到系统内存。
2）这个写回的操作会引起在其他CPU里缓存了该内存地址的数据无效（MESI协议）
3）提供内存屏障功能，使lock前后指令不能重排序

read（读取）：从主内存读取数据
load（载入）：将主内存读取到的数据写入工作内存
use（使用）：从工作内存读取数据来计算
assign（赋值）：将计算好的值重新赋值到工作内存中
store（存储）：将工作内存数据写入主内存
write（写入）：将store过去的变量值赋值给主内存中的变量
lock（锁定）：将主内存变量加锁，标识为线程独占状态
unlock（解锁）：将主内存变量解锁，解锁后其他线程可以锁定该变量

posted @ 2020-04-18 12:56 MXC肖某某阅读(1141) 评论(0) 编辑收藏举报

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