java的多线程:java安全问题产生的原因与JMM的关系

一、多线程产生安全问题

1、Java内存模型

共享内存模型指的就是Java内存模型(简称JMM)，JMM决定一个线程对共享变量的写入时,能对另一个线程可见。

从抽象的角度来看，JMM定义了线程和主内存之间的抽象关系：

线程之间的共享变量存储在主内存（main memory）中，每个线程都有一个私有的本地内存（local memory），本地内存中存储了该线程以读/写共享变量的副本。

本地内存是JMM的一个抽象概念，并不真实存在。它涵盖了缓存，写缓冲区，寄存器以及其他的硬件和编译器优化。

1.主内存：存放多线程操作的共享变量比如count=0

2.本地内存：存储了当前该线程以读/写共享变量的副本，副本 count1=0，count2=0

多线程同时进行变量操作时比如，对count进行++，先对副本进行++为1，将副本刷新到主内存，由于两个线程是不可见的，共享变量变为1，理论为2，但是还是1 ，

2.不可见

3.可见性

线程A与线程B之间如要通信的话，必须要经历下面2个步骤：

1. 首先，线程A把本地内存A中更新过的共享变量刷新到主内存中去。

2. 然后，线程B到主内存中去读取线程A之前已更新过的共享变量。

下面通过示意图来说明这两个步骤：

二、Volatile

什么是Volatile

可见性也就是说一旦某个线程修改了该被volatile修饰的变量，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，可以立即获取修改之后的值。

在Java中为了加快程序的运行效率，对一些变量的操作通常是在该线程的寄存器或是CPU缓存上进行的，之后才会同步到主存中，而加了volatile修饰符的变量则是直接读写主存。

Volatile 保证了线程间共享变量的及时可见性，但不能保证原子性

class ThreadVolatileDemo extends Thread {

public boolean flag = true;

@Override

public void run() {

System.out.println("开始执行子线程....");

while (flag) {

}

System.out.println("线程停止");

}

public void setRuning(boolean flag) {

this.flag = flag;

}

public class ThreadVolatile {

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

ThreadVolatileDemo threadVolatileDemo = new ThreadVolatileDemo();

threadVolatileDemo.start();

Thread.sleep(3000);

threadVolatileDemo.setRuning(false);

System.out.println("flag 已经设置成false");

Thread.sleep(1000);

System.out.println(threadVolatileDemo.flag);

}

运行结果:

已经将结果设置为fasle为什么？还一直在运行呢。

原因:线程之间是不可见的，读取的是副本，没有及时读取到主内存结果。

解决办法使用Volatile关键字将解决线程之间可见性, 强制线程每次读取该值的时候都去“主内存”中取值

2、Volatile特性

　　1.保证此变量对所有的线程的可见性，这里的“可见性”，如本文开头所述，当一个线程修改了这个变量的值，volatile 保证了新值能立即同步到主内存，以及每次使用前立即从主内存刷新。但普通变量做不到这点，普通变量的值在线程间传递均需要通过主内存（详见：Java内存模型）来完成。

　　2.禁止指令重排序优化。有volatile修饰的变量，赋值后多执行了一个“load addl $0x0, (%esp)”操作，这个操作相当于一个内存屏障（指令重排序时不能把后面的指令重排序到内存屏障之前的位置），只有一个CPU访问内存时，并不需要内存屏障；（什么是指令重排序：是指CPU采用了允许将多条指令不按程序规定的顺序分开发送给各相应电路单元处理）。

volatile 性能：

　　volatile 的读性能消耗与普通变量几乎相同，但是写操作稍慢，因为它需要在本地代码中插入许多内存屏障指令来保证处理器不发生乱序执行。