volatile
2021-06-10 14:33:46 0 举报
AI智能生成
多线程之 volatile
作者其他创作
大纲/内容
内存模型
cpu执行指令
数据存在主存
为了提升写入和读取的数据,引申出了高速缓存
问题来了
单核CPU,完全没问题
多核CPU,如果核1对数据进行了修改,还没来得及同步到主内存,而核2进行了读取,会导致读到的不是最新数据
解决方法:
总线加lock,但是效率低
约定一致性协议,当有cpu进行缓存数据修改的时候,通知其他cpu,将该缓存置为无效,这时候,其他cpu如果要读取数据的话,会去读主存
并发编程中的三个概念:原子性问题,可见性问题,有序性问题
原子性:操作要么全部执行,要么不执行
可见性:当多个线程访问同一个变量时,一个线程修改了这个变量的值,其他线程能够立即看得到修改的值
有序性:程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行
java内存模型
原子性:在Java中,对基本数据类型的变量的读取和赋值操作是原子性操作,即这些操作是不可被中断的,要么执行,要么不执行。Java内存模型只保证了基本读取和赋值是原子性操作,如果要实现更大范围操作的原子性,可以通过synchronized和Lock来实现。由于synchronized和Lock能够保证任一时刻只有一个线程执行该代码块,那么自然就不存在原子性问题了,从而保证了原子性。
可见性:Java提供了volatile关键字来保证可见性,当一个共享变量被volatile修饰时,它会保证修改的值会立即被更新到主存,当有其他线程需要读取时,它会去内存中读取新值。
有序性:在Java内存模型中,允许编译器和处理器对指令进行重排序,但是重排序过程不会影响到单线程程序的执行,却会影响到多线程并发执行的正确性。另外,Java内存模型具备一些先天的“有序性”,即不需要通过任何手段就能够得到保证的有序性,这个通常也称为 happens-before 原则。如果两个操作的执行次序无法从happens-before原则推导出来,那么它们就不能保证它们的有序性,虚拟机可以随意地对它们进行重排序。
下面就来具体介绍下happens-before原则(先行发生原则):
1. 程序次序规则:一个线程内,按照代码顺序,书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作
2. 锁定规则:一个unLock操作先行发生于后面对同一个锁额lock操作
3. volatile变量规则:对一个变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作
4. 传递规则:如果操作A先行发生于操作B,而操作B又先行发生于操作C,则可以得出操作A先行发生于操作C
5. 线程启动规则:Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每个一个动作
6. 线程中断规则:对线程interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生
7. 线程终结规则:线程中所有的操作都先行发生于线程的终止检测,我们可以通过Thread.join()方法结束、Thread.isAlive()的返回值手段检测到线程已经终止执行
8. 对象终结规则:一个对象的初始化完成先行发生于他的finalize()方法的开始
1. 程序次序规则:一个线程内,按照代码顺序,书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作
2. 锁定规则:一个unLock操作先行发生于后面对同一个锁额lock操作
3. volatile变量规则:对一个变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作
4. 传递规则:如果操作A先行发生于操作B,而操作B又先行发生于操作C,则可以得出操作A先行发生于操作C
5. 线程启动规则:Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每个一个动作
6. 线程中断规则:对线程interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生
7. 线程终结规则:线程中所有的操作都先行发生于线程的终止检测,我们可以通过Thread.join()方法结束、Thread.isAlive()的返回值手段检测到线程已经终止执行
8. 对象终结规则:一个对象的初始化完成先行发生于他的finalize()方法的开始
volatile原理
1.volatile关键字的两层语义
1)保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性,即一个线程修改了某个变量的值,这新值对其他线程来说是立即可见的。
2)禁止进行指令重排序。
2)禁止进行指令重排序。
2.volatile保证原子性吗?
不能
3.volatile能保证有序性吗?
在前面提到volatile关键字能禁止指令重排序,所以volatile能在一定程度上保证有序性。
volatile关键字禁止指令重排序有两层意思:
1)当程序执行到volatile变量的读操作或者写操作时,在其前面的操作的更改肯定全部已经进行,且结果已经对后面的操作可见;在其后面的操作肯定还没有进行;
2)在进行指令优化时,不能将在对volatile变量访问的语句放在其后面执行,也不能把volatile变量后面的语句放到其前面执行。
volatile关键字禁止指令重排序有两层意思:
1)当程序执行到volatile变量的读操作或者写操作时,在其前面的操作的更改肯定全部已经进行,且结果已经对后面的操作可见;在其后面的操作肯定还没有进行;
2)在进行指令优化时,不能将在对volatile变量访问的语句放在其后面执行,也不能把volatile变量后面的语句放到其前面执行。
4.volatile的原理和实现机制
“观察加入volatile关键字和没有加入volatile关键字时所生成的汇编代码发现,加入volatile关键字时,会多出一个lock前缀指令”
lock前缀指令实际上相当于一个内存屏障(也成内存栅栏),内存屏障会提供3个功能:
1)它确保指令重排序时不会把其后面的指令排到内存屏障之前的位置,也不会把前面的指令排到内存屏障的后面;即在执行到内存屏障这句指令时,在它前面的操作已经全部完成;
2)它会强制将对缓存的修改操作立即写入主存;
3)如果是写操作,它会导致其他CPU中对应的缓存行无效。
lock前缀指令实际上相当于一个内存屏障(也成内存栅栏),内存屏障会提供3个功能:
1)它确保指令重排序时不会把其后面的指令排到内存屏障之前的位置,也不会把前面的指令排到内存屏障的后面;即在执行到内存屏障这句指令时,在它前面的操作已经全部完成;
2)它会强制将对缓存的修改操作立即写入主存;
3)如果是写操作,它会导致其他CPU中对应的缓存行无效。
使用场景
1.状态标记量
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