ug环球官方网:java并发之volatile关键字

admin/2020-06-24/ 分类:科技/阅读:

Java面试中经常会涉及关于volatile问题。本文梳理下volatile要害知识点。

volatile字意为“易失性”,在Java中用做修饰工具变量。它不是Java特有,在C,C ,C#等编程语言也存在,只是在其它编程语言中使用有所差异,但总体语义一致。好比使用volatile 能阻止编译器对变量的读写优化。简单说,若是一个变量被修饰为volatile,相当于告诉系统说我容易转变,编译器你不要随便优化(重排序,缓存)我。

Happens-before

规范上,Java内存模子遵行happens-before

volatile变量在多线程中,写线程和读线程具有happens-before关系。也就是写值的线程要在读取线程之前,而且读线程能完全瞥见写线程的相关变量。

happens-before:若是两个有两个动作AB,A发生在B之前,那么A的顺序应该在B前面而且A的操尴尬刁难B完全可见。

happens-before 具有传递性,若是A发生在B之前,而B发生在C之前,那么A发生在C之前。

若何保证可见性

多线程环境下counter变量的更新过程。线程1先从主存拷贝副本到CPU缓存,然后CPU执行counter=7,修改完后写入CPU缓存,守候时机同步到主存。在线程1同步主存前,线程2读到counter值依然为0。此时已经发生内存一致性错误(对于相同的共享数据,多线程读到视图不一致)。由于线程2看不见线程1操作效果,也将这个问题称为可见性问题

public class SharedObject { public int counter = 0; } 

由于多了缓存优化导致,导致可见性问题。以是volatile通过消除缓存(形貌可能不太准确)来制止。例如当使用volatile修饰变量后,操作该变量读写直接与主存交互,跳过缓存层,保证其它读线程每次获取的都是最新值。

 public volatile int counter = 0; 

volatile 不单只消除修饰的变量的缓存。事实上与之相关的变量在读写时也会消除缓存,犹如使用了volatile一样。

如下 years,months,days 三个变量中只有days是volatile,然则对years,months读写操作也和days时也会跳过缓存,其它线程每次读到的都是最新值。

public class MyClass { private int years; private int months private volatile int days; public int totalDays() { int total = this.days; total = months * 30; total = years * 365; return total; } public void update(int years, int months, int days){ this.years = years; this.months = months; this.days = days; } } 

这是为什么?我们剖析一下。

一个写线程挪用 update,读线程挪用totalDays。单线程中,对于update方式,wa与wb存在happens-before关系, wawb 之前执行并对wb可见。

多线程中rc与wb存在happens-before关系,wbrc之前执行并对rc可见。凭据 happens-before传递性,wa需要在rc前先执行并对rc可见。

由于wb是volatile变量,以是rc获取的years,months也是最新值。

我们知道出于性能缘故原由,JVM和CPU会对程序中的指令举行重新排序。若是update方式内里wawb顺序被重排,那它们的happens-before关系将不在建立。

为了制止这个问题,volatile对重排序做了保证 对于发生在volatile变量操作前的其他变量的操作不能重新排序

由此我们获得volatile通过消除缓存防止重排保证线程的可见性。

volatile保证线程平安?

讨论线程平安,人人都市提及原子性顺序性可见性。volatile侧重于保证可见性,也就是当写的线程更新后,读线程总能获得最新值。在只有一个线程写,多个线程读的场景下,volatile能知足线程平安。可若是多个线程同时写入volatile变量时,则需要引入同步语义才气保证线程平安。

模拟10个线程同时写入volatile变量,一个线程读counter,执行完后准确效果应该是counter=10。

 public static class WriterTask implements Runnable { private final ShareObject share; private final CountDownLatch countDownLatch; public WriterTask(ShareObject share, CountDownLatch countDownLatch) { this.share = share; this.countDownLatch = countDownLatch; } @Override public void run() { countDownLatch.countDown(); share.increase(); } } public class ShareObject { private volatile int counter; public void increase() { this.counter ; } } 

执行效果泛起counter=5或6 错误效果。

通过 synchronized,Lock或AtomicInteger 原子变量保证了效果的准确。

完整demo https://gist.github.com/onlythinking/ba7ca7aa5faf00a58f4cedae474fa6f6

volatile性能

volatile变量带来可见性的保证,接见volatile变量还防止了指令重排序。不外这一切是以牺牲优化(消除缓存,直接操作主存开销增添)为价值,以是不应该滥用volatile,仅在确实需要增强变量可见性的时刻使用。

总结

本文记录了volatile变量通过消除缓存,防止指令重排序来保证线程可见性,而且在多线程写入的变量的场景下,不保证线程平安。

迎接人人留言交流,一起学习分享!!!

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