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多线程之内存可见性
名称解释
可见性:一个线程对共享变量值得修改,能够及时地被其他线程看到。
共享变量:如果一个变量在多个线程的工作内存中的存在副本,那么这个变量就是这几个线程的共享变量。
Java 内存模型(Java Memory Model):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出变量的底层细节。
重排序:代码书写的顺序与实际执行的顺序不同,指令重排序是编译器或处理器为了提高程序性能而做的优化。
- 编译器优化的重排序(编译器优化)
- 指令级并行重排序(处理器优化)
- 内存系统的重排序(处理器优化)
as-if-serial:无论如何重排序,程序执行的结果应该与代码顺序执行的结果一致。
规则
- 线程对共享变量的所有操作都必须在自己的工作内存中进行,不能直接从主存中读写。
- 不同线程之间无法直接访问其他线程工作内存中的变量,线程间变量值得传递需要通过主内存来完成。
不可见原因
- 线程的交叉执行
- 重排序结合线程交叉执行
- 共享变量未及时更新
实现方式
Java 语音层面支持两种可见性实现方式 synchronized
和 volatile
。
1. synchronized
- 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,将清空工作内存中共享变量的值,而使用共享变量时需要从主内存中重新读取最新的值
总结:线程解锁前对共享变量的修改,在下次加锁时对其他线程可见。
2. volatile
通过加入内存屏障和禁止重排序优化来实现。
- 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,会在写操作后加入一条load
屏障指令
总结:volatile
变量在每次被线程访问时,都强制从主内存中重读该变量的值,而当该变量发生变化时,又会强制线程从最新的值刷新到主内存。
比较
volatile
不需要加锁,比synchronized
更轻量级,不会阻塞线程- 从内存可见性角度出发,
volatile
读相当于加锁,volatile
写相当于解锁 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
保证原子性的解决方案
- 使用
synchronized
关键字 - 使用
java.util.concurrent.locks.ReentrantLock
- 使用
java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger