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Java并發(fā)編程-volatile可見性的介紹

YJNldm / 3106人閱讀

摘要：如何擁有可見性先介紹一下內(nèi)存模型中定義的種工作內(nèi)存與主內(nèi)存之間的原子操作鎖定作用于主內(nèi)存的變量，把一個(gè)變量標(biāo)識(shí)為一條線程獨(dú)占的狀態(tài)。并沒(méi)有達(dá)到期望的。

前言

要學(xué)習(xí)好Java的多線程,就一定得對(duì)volatile關(guān)鍵字的作用機(jī)制了熟于胸。最近博主看了大量關(guān)于volatile的相關(guān)博客,對(duì)其有了一點(diǎn)初步的理解和認(rèn)識(shí)，下面通過(guò)自己的話敘述整理一遍。

有什么用？

volatile主要對(duì)所修飾的變量提供兩個(gè)功能

可見性

防止指令重排序


本篇博客主要對(duì)volatile可見性進(jìn)行探討，以后發(fā)表關(guān)于指令重排序的博文。

什么是可見性？

一圖勝千言

上圖已經(jīng)把JAVA內(nèi)存模型（JMM）展示得很詳細(xì)了,簡(jiǎn)單概括一下

每個(gè)Thread有一個(gè)屬于自己的工作內(nèi)存（可以理解為每個(gè)廚師有一個(gè)屬于自己的鐵鍋）

所有Thread共用一個(gè)主內(nèi)存（餐廳所有的廚師共用同一個(gè)冰箱）

每個(gè)Thread操作數(shù)據(jù)之前都會(huì)去主內(nèi)存中獲取數(shù)據(jù)（廚師炒菜之前都要去冰箱里拿食材）

Thread:廚師

工作內(nèi)存：鐵鍋

store&load：放熟食，取食材

主內(nèi)存：冰箱

讀者可思考以下情景：

餐廳來(lái)了一位顧客點(diǎn)了一份紅燒肉，此時(shí)有兩位大廚（假設(shè)大廚之間互不通信），由于互不通信，所以兩位大廚都打開冰箱取出食材開始炒菜。
最后炒出了兩份紅燒肉，顧客只要一份。為什么會(huì)造成這種結(jié)果？

由于大廚之間沒(méi)有可見性。

將此情景放在JAVA中即是:

線程A從主內(nèi)存中取了一個(gè)變量到工作內(nèi)存中，操作完畢后沒(méi)有及時(shí)放回主內(nèi)存中，于是線程B去取這個(gè)變量已經(jīng)過(guò)期了，取的是線程A操作之前的變量。

如何擁有可見性？

先介紹一下Java內(nèi)存模型中定義的8種工作內(nèi)存與主內(nèi)存之間的原子操作

lock( 鎖定 )：作用于主內(nèi)存的變量，把一個(gè)變量標(biāo)識(shí)為一條線程獨(dú)占的狀態(tài)。

unlock（解鎖）：作用于主內(nèi)存的變量，把一個(gè)處于鎖定的變量釋放出來(lái)，釋放變量才可以被其他線程鎖定。

read（讀取）：作用于主內(nèi)存的變量，把一個(gè)變量的值從主內(nèi)存?zhèn)鬏數(shù)骄€程的工作內(nèi)存中，以便隨后的load動(dòng)作使用。

load（載入）：作用于工作內(nèi)存的變量，它把read操作從主內(nèi)存中得到的變量值放入工作內(nèi)存的變量副本中。

use（使用）：作用于工作內(nèi)存種的變量，它把工作內(nèi)存中一個(gè)變量的值傳遞給執(zhí)行引擎，每當(dāng)虛擬機(jī)遇到一個(gè)需要使用到變量的值的字節(jié)碼指令時(shí)將會(huì)執(zhí)行這個(gè)操作。

assign（賦值）：作用于工作內(nèi)存中的變量，它把一個(gè)從執(zhí)行引擎接收到的值賦給工作內(nèi)存的變量，每當(dāng)虛擬機(jī)遇到一個(gè)給變量賦值的字節(jié)碼指令時(shí)執(zhí)行這個(gè)操作。

store（存儲(chǔ)）：作用于工作內(nèi)存的變量，它把工作內(nèi)存中一個(gè)變量的值傳送到主內(nèi)存中，以便隨后的write操作使用

write（寫入）：作用于主內(nèi)存的變量，它把store操作從工作內(nèi)存中得到的值放入主內(nèi)存的變量中。

讀取賦值一個(gè)普通變量的情況


當(dāng)線程1對(duì)主內(nèi)存對(duì)象發(fā)起read操作到write操作套流程的時(shí)間里，線程2隨時(shí)都有可能對(duì)這個(gè)主內(nèi)存對(duì)象發(fā)起第二套操作

有什么危害呢？

假設(shè)主內(nèi)存中有一個(gè)

int a=0;

線程1和線程2分別執(zhí)行一次,理想狀態(tài)下最終a的值為2.

a++;

線程1在執(zhí)行了assign操作之后變量a的真實(shí)值已經(jīng)從0變成了1，但是這個(gè)過(guò)程發(fā)生在工作內(nèi)存中對(duì)其他線程不可見，若線程2此時(shí)對(duì)變量a的操作，讀取到的值仍然為0，因?yàn)闆](méi)有可見性，線程2的操作也僅僅是重復(fù)了線程1的操作，再次讓a從0變成了1。并沒(méi)有達(dá)到期望的a=2。

讀取賦值一個(gè)volatile變量的情況


volatile變量對(duì)對(duì)象的操作更嚴(yán)格：

use之前不能被read&load

assign之后必須緊跟store&write

也就是說(shuō) read-load-use 和 assign-store-write成為了兩個(gè)不可分割的原子操作

盡管這時(shí)候在use和assign之間依然有一段真空期，有可能變量會(huì)被其他線程讀取，但是無(wú)論在哪一個(gè)時(shí)間點(diǎn)主內(nèi)存的變量和任一工作內(nèi)存的變量的值都是相等的。這個(gè)特性就導(dǎo)致了volatile變量不適合參與到依賴當(dāng)前值的運(yùn)算，如自增。
那么依靠可見性的特點(diǎn)volatile可以用在哪些地方呢？
《Java虛擬機(jī)》提到：

運(yùn)算結(jié)果并不依賴變量的當(dāng)前值（即結(jié)果對(duì)產(chǎn)生中間結(jié)果不依賴），或者能夠確保只有單一的線程修改變量的值

通常volatile用做保存某個(gè)狀態(tài)的boolean值。

部分參考自

volatile變量與普通變量的區(qū)別


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