java多线程学习笔记(七)
volatile关键字
关键字volatile的主要作用是使变量在多个线程间可见。
public class PrintString { private boolean isContinue = true; public boolean isContinue(){ return isContinue; } public void setContinue(boolean isContinue){ this.isContinue = isContinue; } public void PrintMethod(){ try{ while (isContinue ==true){ System.out.println("Name = "+ Thread.currentThread().getName()); Thread.sleep(1000); } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } public class Run { public static void main(String[] args) { PrintString printString = new PrintString(); printString.PrintMethod(); System.out.println("i'm stop_ing myself!"); printString.setContinue(false); } }
运行结果为:
Name = main Name = main Name = main Name = main Name = main Name = main ...
程序开始运行后,根本停不下来,主要原因是main线程的while循环停不下来,导致程序不能执行后续的代码,解决方法当然是使用多线程技术。
解决同步的死循环:
package page_3; public class PrintString_change implements Runnable{ private boolean isContinue = true; public boolean isContinue(){ return isContinue; } public void setContinue(boolean isContinue){ this.isContinue = isContinue; } public void PrintMethod(){ try{ while (isContinue ==true){ System.out.println("Name = "+ Thread.currentThread().getName()); Thread.sleep(1000); } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } @Override public void run(){ PrintMethod(); } } public class Run_change { public static void main(String[] args) { PrintString_change printString = new PrintString_change(); new Thread(printString).start(); System.out.println("i'm stop_ing myself!"); printString.setContinue(false); } }
运行的结果为:
i'm stop_ing myself! Name = Thread-0
关键字volatile的作用是强制从公共堆栈中取得变量的值,而不是从线程的私有数据栈中取得变量的值?
下面这段内容摘自:风过无痕的博客
先来看一段代码:
package page_4; public class Task implements Runnable{ boolean running = true; int i = 0; @Override public void run(){ while (running){ i++; } } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Task task = new Task(); Thread th = new Thread(task); th.start(); Thread.sleep(1000); task.running=false; Thread.sleep(1000); System.out.println(task.i); System.out.println("线程停止"); } }
这段代码想要他停止,结果无法停止成功,这个是因为JVM的特性,先来看看java的内存模型,如下图:
java内存分为工作内存和主存
工作内存:即java线程的本地内存,是单独给某个线程分配的,存储局部变量等,同时也会复制主存的共享变量作为本地
的副本,目的是为了减少和主存通信的频率,提高效率。
主存:存储类成员变量等
可见性是指的是线程访问变量是否是最新值。
局部变量不存在可见性问题,而共享内存就会有可见性问题,
因为本地线程在创建的时候,会从主存中读取一个共享变量的副本,且修改也是修改副本,
且并不是立即刷新到主存中去,那么其他线程并不会马上共享变量的修改。
因此,线程B修改共享变量后,线程A并不会马上知晓,就会出现上述死循环的问题。
解决共享变量可见性问题,需要用volatile关键字修饰。
如代码就不会出现死循环:
volatile boolean running = true; int i = 0; @Override public void run(){ while (running){ i++; } }
那么为什么能解决死循环的问题呢?
可见性的特性总结为以下2点:
1. 对volatile变量的写会立即刷新到主存
2. 对volatile变量的读会读主存中的新值
如此一来,就不会出现死循环了。
为了能更深刻的理解volatile的语义,我们来看下面的时序图,回答这2个问题:
问题1:t2时刻,如果线程A读取running变量,会读取到false,还是等待线程B执行完呢?
答案是否定的,volatile并没有锁的特性。
问题2:t4时刻,线程A是否一定能读取到线程B修改后的最新值
答案是肯定的,线程A会从重新从主存中读取running的最新值。
虽然running变量上没有volatile关键字修饰,但是读和写running都是同步方法
同步块存在如下语义:
1.进入同步块,访问共享变量会去读取主存
2.退出同步块,本地内存对共享变量的修改会立即刷新到主存
因此上述代码不会出现死循环。
写在前面的结论:volatile 并不会有锁的特性
- 关键字volatile是线程同步的轻量级实现,所以volatile性能肯定比synchronized要好,并且volatile只能修饰于变量,而synchronized可以修饰方法以及代码块。
- 多线程访问volatile不会发生阻塞,而synchronized会出现阻塞
- volatile能保证数据的可见性,但不能保证原子性,synchronized可以保证原子性,也可以间接保证可见性,因为它会将私有内存和公共内存的数据做同步(如上面的那个代码案例所示)。
- 关键字volatile解决的是变量在多个线程之间的可见性,而synchronized关键字解决的是多线程之间访问资源的同步性。
线程安全包括原子性和可见性两个方面,Java的同步机制都是围绕这两个方面来确保线程安全的。
volatile变量的原子性
我看了很多文章,有些文章甚至是出版的书籍都说volatile不是原子的,
他们举的例子是i++操作,i++本身不是原子操作,是读并写,我这里要讲的原子性
指的是写操作,原子性的特别总结为2点:
1. 对一个volatile变量的写操作,只有所有步骤完成,才能被其它线程读取到。
2. 多个线程对volatile变量的写操作本质上是有先后顺序的。也就是说并发写没有问题。
这样说也许读者感觉不到和非volatile变量有什么区别,我来举个例子:
//线程1初始化User
User user;
user = new User();
//线程2读取user
if(user!=null){
user.getName();
}
在多线程并发环境下,线程2读取到的user可能未初始化完成
具体来看User user = new User的语义:
1:分配对象的内存空间
2:初始化对线
3:设置user指向刚分配的内存地址
步骤2和步骤3可能会被重排序,流程变为
1->3->2
这些线程1在执行完第3步而还没来得及执行完第2步的时候,如果内存刷新到了主存,
那么线程2将得到一个未初始化完成的对象。因此如果将user声明为volatile的,那么步骤2,3
将不会被重排序。
下面我们来看一个具体案例,一个基于双重检查的懒加载的单例模式实现:
这个单例模式看起来很完美,如果instance为空,则加锁,只有一个线程进入同步块
完成对象的初始化,然后instance不为空,那么后续的所有线程获取instance都不用加锁,
从而提升了性能。
但是我们刚才讲了对象赋值操作步骤可能会存在重排序,
即当前线程的步骤4执行到一半,其它线程如果进来执行到步骤1,instance已经不为null,
因此将会读取到一个没有初始化完成的对象。
但如果将instance用volatile来修饰,就完全不一样了,对instance的写入操作将会变成一个原子
操作,没有初始化完,就不会被刷新到主存中。
修改后的单例模式代码如下:
对volatile理解的误区
如果i++的操作是线程安全的,那么预期结果应该是i=20000
然而运行的结果是:11349
说明i++存在并发问题
i++语义是i=i+1
分为2个步骤
步骤1:读取i=0
步骤2:计算i+1=1,并重新赋值给i
那么可能存在2个线程同时读取到i=0,并计算出结果i=1然后赋值给i
那么就得不到预期结果i=2。
这个问题说明了2个问题:
1.i++这种操作不是原子操作
2.volatile 并不会有锁的特性