Java多線程volatile原理及用法解析
首先volatile有兩大功能:
保證線程可見性
禁止指令重排序
1、保證線程可見性
首先我們來看這樣一個程序,其中不加volatile關(guān)鍵字運行的結(jié)果截然不同,加上volatile程序能夠正常結(jié)束,不加則程序進入死循環(huán);
package com.designmodal.design.juc01; import java.util.concurrent.TimeUnit; /** * @author D-L * @Classname T001_volatile * @Version 1.0 * @Description volatile 保證線程的可見性 * @Date 2020/7/19 17:30 */ public class T001_volatile { //定義一個變量running volatile boolean running = true; public void m(){ while(running){ //TODO 不做任何的處理 System.out.println("while is running When can I stop -------------"); } System.out.println("method is end ---------------"); } public static void main(String[] args) { T001_volatile t001_volatile = new T001_volatile(); new Thread(t001_volatile::m , "Thread t1").start(); //停一秒 try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } //修改running的值 t001_volatile.running = false; } }
通過上面的小程序說明volatile是具有保證線程之間的可見性的功能的,具體是如何實現(xiàn)的呢?下面給大家解釋一下:
之前在上一篇講synchronized時提到了 堆內(nèi)存是線程共享的,而線程在工作時有自己的工作內(nèi)存,對于共享變量running來說,線程1和線程2在運行的時候先把running變量copy到自己工作內(nèi)存,對這個變量的改變都是在自己的工作內(nèi)存中,并不會直接的反映到其他線程,如果加了volatile,running變量改變其他線程很快就會知道,這就是線程的可見性;
這里用到的是:MESI(CPU緩存一致性協(xié)議) MESI的主要思想:當(dāng)CPU寫數(shù)據(jù)時,如果該變量是共享數(shù)據(jù),給其他CPU發(fā)送信號,使得其他的CPU中的該變量的緩存行無效;歸根結(jié)底這里需要借助硬件來幫助我們。
volatile保證線程可見性但是不能代替synchronized:
package com.designmodal.design.juc01; import java.util.ArrayList; import java.util.List; /** * @author D-L * @Classname VolatileAndSynchronized * @Version 1.0 * @Description synchronized can not be replaced by volatile * volatile 不能代替synchronized * 只能保證可見性 不能保證原子性 * count++ 不是原子性操作 * @Date 2020/xx/xx 23:25 */ public class VolatileAndSynchronized { volatile int count = 0; public synchronized void m(){ for (int i = 0; i < 1000; i++) { //非原子性操作 匯編指令至少有三條 count++; } } public static void main(String[] args) { VolatileAndSynchronized v = new VolatileAndSynchronized(); List<Thread> threads = new ArrayList<>(); for (int i = 0; i < 10; i++) { threads.add(new Thread(v::m , "Thread"+ i)); } threads.forEach(o ->o.start()); threads.forEach(o ->{ try { o.join(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }); System.out.println(v.count); } }
2、禁止指令重排序
指令重排序也是和CPU有關(guān)系,加了volatile之后,每次寫都會背線程看到。CPU原來執(zhí)行指令時,是按照一步一步順序來執(zhí)行的,但是CPU為了提高效率它會把指令并發(fā)來執(zhí)行,第一個指令執(zhí)行到一半的時候第二條指令就可能已經(jīng)開始執(zhí)行了,這叫流水線式的執(zhí)行;為了充分的利用CPU,就要求編譯器把編譯完的源碼指令,可能會進行一個指令重新排序;這種架構(gòu)通過實際驗證,很大效率上提高了CPU的使用效率。
下面從一個面試題來討論一下指令重排序:
面試官:你聽過單例模式嗎?
你:當(dāng)然聽過,不然沒法聊了。
package com.designmodal.design.juc01; import java.util.concurrent.TimeUnit; /** * @author D-L * @Classname T002_volatile * @Version 1.0 * @Description volatile 指令重排序 * @Date 2020/7/20 00:48 */ public class T002_volatile { //創(chuàng)建私有的 T002_volatile 有人會問這里的volatile要不要使用,這里的答案是肯定的 private static /**volatile*/ volatile T002_volatile INSTANCE; public T002_volatile() {} public T002_volatile getInstance(){ //模擬業(yè)務(wù)代碼 這里為了synchronized更加細粒度,所以使用了雙重檢查 if(INSTANCE == null){ synchronized (this){ //雙重檢查 if(INSTANCE == null){ //避免線程之間的干擾 在這里睡一秒 try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } //創(chuàng)建實例對象 INSTANCE = new T002_volatile(); } } } return INSTANCE; } /** * 創(chuàng)建100個線程 調(diào)用getInstance() 打印hashcode值 * @param args */ public static void main(String[] args) { T002_volatile t001_volatile = new T002_volatile(); for (int i = 0; i < 100; i++) { new Thread(() ->{ T002_volatile instance = t001_volatile.getInstance(); System.out.println(instance.hashCode()); }).start(); } } }
在上述的代碼中:INSTANCE = new T002_volatile(); 經(jīng)過編譯后的指令是分三步的
1、給指令申請內(nèi)存
2、給成員變量初始化
3、把這塊對象的內(nèi)容賦給INSTANCE
在第二步這里既然已經(jīng)有默認值了,第二個線程來檢查,發(fā)現(xiàn)已經(jīng)有值了根本就不會進入鎖住的那份代碼;加了volatile就不會出現(xiàn)指令重排序了,所以在這個時候一定要保證初始化完成之后才會賦值給這個變量,這就是volatile存在的意義。
以上就是本文的全部內(nèi)容,希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助,也希望大家多多支持腳本之家。
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