09 JMM

JMM

对Volatile的理解

Volatile 是 Java 是虚拟机提供 轻量级的同步机制

1. 保证可见性
2. 不保证原子性
3. 禁止指令重排

什么是JMM

JMM：java内存模型，不存在的东西，概念 约定

关于JMM的一些同步的约定：

1. 线程解锁前，必须把共享变量 立刻 刷回主存
2. 线程加锁前，必须读取主存中的最新之到工作内存中
3. 加锁和解锁是同一把锁

线程 工作内存 内存

8种操作：

write 和 store 反了

　内存交互操作有8种，虚拟机实现必须保证每一个操作都是原子的，不可在分的（对于double和long类型的变量来说，load、store、read和write操作在某些平台上允许例外）

• • lock （锁定）：作用于主内存的变量，把一个变量标识为线程独占状态
  • unlock （解锁）：作用于主内存的变量，它把一个处于锁定状态的变量释放出来，释放后的变量才可以被其他线程锁定
  • read （读取）：作用于主内存变量，它把一个变量的值从主内存传输到线程的工作内存中，以便随后的load动作使用
  • load （载入）：作用于工作内存的变量，它把read操作从主存中变量放入工作内存中
  • use （使用）：作用于工作内存中的变量，它把工作内存中的变量传输给执行引擎，每当虚拟机遇到一个需要使用到变量的值，就会使用到这个指令
  • assign （赋值）：作用于工作内存中的变量，它把一个从执行引擎中接受到的值放入工作内存的变量副本中
  • store （存储）：作用于主内存中的变量，它把一个从工作内存中一个变量的值传送到主内存中，以便后续的write使用
  • write 　（写入）：作用于主内存中的变量，它把store操作从工作内存中得到的变量的值放入主内存的变量中

JMM对这八种指令的使用，制定了如下规则：

• • 不允许read和load、store和write操作之一单独出现。即使用了read必须load，使用了store必须write
  • 不允许线程丢弃他最近的assign操作，即工作变量的数据改变了之后，必须告知主存
  • 不允许一个线程将没有assign的数据从工作内存同步回主内存
  • 一个新的变量必须在主内存中诞生，不允许工作内存直接使用一个未被初始化的变量。就是怼变量实施use、store操作之前，必须经过assign和load操作
  • 一个变量同一时间只有一个线程能对其进行lock。多次lock后，必须执行相同次数的unlock才能解锁
  • 如果对一个变量进行lock操作，会清空所有工作内存中此变量的值，在执行引擎使用这个变量前，必须重新load或assign操作初始化变量的值
  • 如果一个变量没有被lock，就不能对其进行unlock操作。也不能unlock一个被其他线程锁住的变量
  • 对一个变量进行unlock操作之前，必须把此变量同步回主内存

  引用

java内存模型JMM理解整理 - 阿姆斯特朗回旋炮 - 博客园 (cnblogs.com)

Volatile

1、保证可见性

判断num==0 后面修改num的值 也输出了1但是 程序不会停止，一直在判断 对主内存的变化是不知道的

问题：程序不知道主内存的值已经被修改过了

Volatile 可以让他知道

public class TestVolatile {
    //不加Volatile 程序就会死循环
    //加Volatile  可以保证可见性
    private  static int num = 0;

    public static void main(String[] args) {

        new Thread(() -> {
            while (num == 0){

            }
        }).start();

        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        num = 1;
        System.out.println(num);
    }
}

2、不保证原子性

原子性：不可分割

线程A在执行任务的时候 是不能被打扰的，也不能分割，要么同时成功

要么同时失败

public class VDemo02 {

    private volatile static int num = 0;

    public static void add(){
        num++;
    }

    public static void main(String[] args) {

        //理论上num=2千万
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            new Thread(()->{
                for (int j = 0; j < 1000000; j++) {
                    add();
                }
            }).start();
        }

        while (Thread.activeCount() > 2){
            Thread.yield();//礼让
        }

        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ " " + num);
    }
}

输出结果 main 12934739

如果不加 lock 和 synchronized 怎么保证原子性

使用原子类，解决原子性问题

java.concurrent.atomic

public class VDemo02 {

    private volatile static AtomicInteger num = new AtomicInteger();

    public static void add(){
        //num++; 不是一个原子性操作
        num.getAndIncrement();// AtomicInteger + 1 的方法  CAS cpu的并发原语
    }

    public static void main(String[] args) {

        //理论上num=2千万
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            new Thread(()->{
                for (int j = 0; j < 1000000; j++) {
                    add();
                }
            }).start();
        }

        while (Thread.activeCount() > 2){
            Thread.yield();//礼让
        }

        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ " " + num);
    }
}

这些类的底层都直接和操作系统挂钩！在内存中修改值！Unsafe类是一个很特殊的存在 会在CAS中理解

3、指令重排

什么是指令重排：你写的程序，计算机并不是按照你写的那样去执行的

源代码--->编译器优化的重排---->指令也可能会重排---->内存系统也会重排---->执行

处理器在执行指令重排的时候，考虑：数据之间的依赖性！

int x = 1;//1
int y = 2;//2
x = x + 5;//3
y = x + x;//4

我们所期望的：1234  但是可能执行的时候会变成2134 1324
不可能是 4123

violatile可以避免指令重排

内存屏障、CPU指令 作用：

1. 保证特定的操作的执行顺序
2. 可以保证某些变量的内存可见性（利用这些特性volatile实现了可见性）
   

violatile 是可以保证可见性，不能保证原子性，由于内存屏障，可以保证避免指令重排的现象产生

内存屏障在单例模式中可以用到