多线程之volatile

发表于 2020-08-21 更新于 2020-12-25 分类于多线程

多线程之volatile

线程同步另一个重要方面是内存可见性，加锁不仅保证互斥同样保证可见。

JMM

Java内存模型简称JMM（Java Memory Model

Screen Shot 2020-08-21 at 4.43.35 PM

主内存：主内存被所有的线程所共享，对于一个共享变量（比如静态变量，或是堆内存中的实例）来说，主内存当中存储了它的“本尊”。
工作内存：简单理解为计算机当中的CPU高速缓存，但又不完全等同。每一个线程拥有自己的工作内存，对于一个共享变量来说，工作内存当中存储了它的“副本”。

指令重排

指令重排是指JVM在编译Java代码的时候，或者CPU在执行JVM字节码的时候，对现有的指令顺序进行重新排序。指令重排的目的是为了在不改变程序执行结果的前提下，优化程序的运行效率。但是在某些情况下，会影响到多线程的执行结果

eg：

有可能readerThread 看不到ready为true，一直循环
也有可能看不到number = 42，输出0

Volatile

volatile 是比synchronized 关键字更轻量级的同步机制。

保证可见

对一个volatile变量的读，（任意线程）总是能看到对这个volatile变量最后的写入。

一个线程修改volatile变量的值时，该变量的新值会立即刷新到主内存中，这个新值对其他线程来说是立即可见的。
一个线程读取volatile变量的值时，该变量在本地内存中缓存无效，需要到主内存中读取。

保证有序

禁止重排序规则

boolean inited = false;// 初始化完成标志
//线程1:初始化完成，设置inited=true
new Thread() {
    public void run() {
        context = loadContext();   //语句1
        inited = true;             //语句2
    };
}.start();
//线程2:每隔1s检查是否完成初始化，初始化完成之后执行doSomething方法
new Thread() {
    public void run() {
        while(!inited){
          Thread.sleep(1000);
        }
        doSomething(context);
    };
}.start();

期望行为：线程1初始化配置，初始化完成，设置inited=true。线程2每隔1s检查是否完成初始化，初始化完成之后执行doSomething方法。

潜在问题：线程1中，语句1和语句2之间不存在数据依赖关系，JMM允许这种重排序。例如在**程序执行过程中发生重排序，先执行语句2后执行语句1：线程1 先执行语句2，配置并未加载，而线程2 读取到inited=true，开始执行后续操作。。。

volatile修饰inited，这样不会重排

典型用法：检查某个标记以判断是否退出循环。

volatile boolen asleep; 
...
while (!asleep) {
  countSomeSheep();
}

### 不保证原子性

public class VolatileTest {
    public volatile int a = 0;

    public void increase() {
        a++;
    }

    public static void main(String[] args) {
        final VolatileTest test = new VolatileTest();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread() {
                public void run() {
                    for (int j = 0; j < 1000; j++)
                        test.increase();
                };
            }.start();
        }

        while (Thread.activeCount() > 1) {
            // 保证前面的线程都执行完
            Thread.yield();
        }
        System.out.println(test.a);
    }
}

a++ 并不是原子操作（读取-修改-写入）

解决：

synchronized
CAS - AtomicInteger

(Optional). Volatile 原理

java编译器在生成字节码时，在volatile变量操作前后的指令序列中插入内存屏障来禁止特定类型的重排序。

总结

并发编程中，常用volatile修饰变量以保证变量的修改对其他线程可见。

volatile可以保证可见性和有序性，不能保证原子性。

volatile是通过插入内存屏障禁止重排序来保证可见性和有序性的。

参考

https://zhuanlan.zhihu.com/p/56191979

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAxMjEwMzQ5MA==&mid=2448888521&idx=1&sn=c880331ef37b5f111f553ad0b4064bab&scene=21#wechat_redirect