java併發編程 volatile關鍵字 精準理解

一、volatile的做用

　　一個線程共享變量（類的成員變量、類的靜態成員變量等）被volatile修飾以後，就具備如下做用：

　　1）併發中的變量可見性（不一樣線程對該變量進行操做時的可見性），即一個線程修改了某個變量的值，則該新值對其餘線程當即可見（可當即訪問新值/當即強制寫入主存）；

　　2）禁止指令重排（包括java編譯器和CPU運行時指令重排序）；

      3）禁用緩存（java虛擬機規範）---子線程的工做內存（包括了CPU緩存）。

 

二、相關概念

    2.1）指令重排序：

    （1）java編譯器運行時指令重排序（實質是JVM的優化處理），java源碼編譯生成class文件後，JVM須要在運行時(runtime)將字節碼文件（class文件）轉化爲操做系統可以執行的指令（JIT編譯器），在轉換的過程當中jvm會對指令進行優化調整，以提升運行效率。

    （2）CPU運行時指令重排序，cpu優化的方式，爲避免處理器訪問主內存的時間開銷，處理器採用緩存機制（三層緩存）提升性能（緩存之間的數據一致性遵循協議規範），當CPU寫緩存時，發現緩存區塊正被其餘CPU佔用，爲了提升CPU的處理性能，可能將後面的讀緩存命令優先執行。

 　2.2）java內存模型規範：

       線程要操做共享變量時，須要從主內存讀取到工做內存，改變值後須要從工做內存同步到主內存中。多線程的狀況下，同步到主內存時遵循同步協議規範。

 

三、相關現象分析

  3.1）先看一段代碼，

public class VolatileInfo {
	
	private static boolean flag = true;
	
	public static void main(String[] args) {
		new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				long start = System.currentTimeMillis();
				long end = 0;
				int index = 0;
				while (VolatileInfo.flag) {
					index++;
					end = System.currentTimeMillis();
					if ((end-start)/1000==5) {//5秒以後結束任務
						break;
					}
				}
				System.out.println("index:"+index);
				System.out.println("cost:"+(end-start)/1000+"s");
			}
		}).start();
		
		try {
			TimeUnit.SECONDS.sleep(2);//阻塞線程2秒
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		
		VolatileInfo.flag = false;
		System.out.println("條件置爲false");
	}
}

　　輸出結果：

條件置爲false
index:269460217
cost:5s

　　耗時5秒，並非2秒後中止（注：靜態變量flag用volatile 修飾後執行時間是2秒）。

  3.2）問題分析：

    1）主線程阻塞後修改的flag的值並無及時寫入到主存，子線程沒有及時讀取到flag值，致使循環繼續執行---即存在緩存；

    2）指令重排序，先從主內存中執行讀的操做，陷入死循環，再也不向主內存寫入。

  3.3）解決辦法：

    1）flag變量使用volatile關鍵詞修飾；

　 2）使用Synchronized加同步鎖（從主存中直接讀取，至關於禁用緩存，參考4.3）；

	while (VolatileInfo.flag) {
		synchronized (this) {
		   index++;
		}
		end = System.currentTimeMillis();
		if ((end - start) / 1000 == 5) {// 5秒以後結束任務
			break;
		}
	}

    3）從eclipse中將jvm執行class文件的方式改成client（默認是server模式，jvm進行了一些優化調整）；

    4）從eclipse中配置添加關閉server優化的參數---此處請自行百度^_^；              ---------- 禁止指令重排。

 

四、擴展知識點

   4.1）java內存模型多線程狀況下的工做內存和主內存同步協議的8種原子操做：

　　lock(鎖定)：做用於主內存，將主內存中的變量鎖定，爲一個線程所獨有；

      unlock(解鎖)：做用於主內存，解除lock的鎖定，釋放後的變量可以被其餘線程訪問；

　　read(讀取)：做用於主內存，將主內存中的變量讀取到工做內存中，以便隨後的load動做使用；

　　load(載入)：做用於工做內存，它把read讀取的值保存到工做內存中的變量副本中；

　　use(使用)：做用於工做內存，它把工做內存中的值傳遞給線程代碼執行引擎；

　　assign(賦值)：做用於工做內存，它把從執行引擎處理返回的值從新賦值給工做內存中的變量；

　　store(存儲)：做用於工做內存，將變量副本中的值傳送到主內存中，以備隨後的write操做使用；

　　write(寫入)：做用於主內存，它把store傳送值寫到主內存的共享變量中。

  4.2）java內存模型操做規範：

　　1）將一個變量從主內存複製到工做內存要順序依次（不必定連續）執行read、load操做；

      2）作了assign操做，必須同步回主內存等。

  4.3）保證線程共享變量可見性的方式：

　　1）用final修飾的變量

      2) Synchronized 同步鎖

　　　　Synchronized規範， 進入同步塊前，先清空工做內存中的共享變量，從主內存中從新加載； 解鎖前必須把修改的共享變量同步回主內存。

  　　　 鎖機制，鎖機制保護共享資源，只有得到鎖的線程才能操做共享資源。

      3) 用volatile修飾的變量

　　　　volatile語義規範，使用volatile修飾的變量時，必須從主內存中加載，而且read、load是連續的；修改volatile修飾的變量時，必須當即同步到主內存，而且store、write是連續的。

 

 

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