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Java并發(fā)編程之volatile與JMM多線程內(nèi)存模型

更新時間：2022年05月12日 14:55:35 作者：字母哥哥

這篇文章主要介紹了Java并發(fā)volatile與JMM多線程內(nèi)存模型,本文通過實例代碼給大家介紹的非常詳細(xì)，對大家的學(xué)習(xí)或工作具有一定的參考借鑒價值，需要的朋友可以參考下

一、通過程序看現(xiàn)象

在開始為大家講解Java 多線程緩存模型之前，我們先看下面的這一段代碼。這段代碼的邏輯很簡單：主線程啟動了兩個子線程，一個線程1、一個線程2。線程1先執(zhí)行，sleep睡眠2秒鐘之后線程2執(zhí)行。兩個線程使用到了一個共享變量shareFlag，初始值為false。如果shareFlag一直等于false，線程1將一直處于死循環(huán)狀態(tài)，所以我們在線程2中將shareFlag設(shè)置為true。

public class VolatileTest {
  public static boolean shareFlag = false;
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    new Thread(() -> {
      System.out.print("開始執(zhí)行線程1 =>");
      while (!shareFlag){  //shareFlag = false則一直死循環(huán)
        //System.out.println("shareFlag=" + shareFlag);
      }
      System.out.print("線程1執(zhí)行完成 =>");
    }).start();
    Thread.sleep(2000);
    new Thread(() -> {
      System.out.print("開始執(zhí)行線程2 =>");
      shareFlag = true;
      System.out.print("線程2執(zhí)行完成 =>");
    }).start();
  }
}

如果你沒有學(xué)過JMM線程模型，可能你看完上面的代碼，希望得到的輸出結(jié)果是下面這樣的：

開始執(zhí)行線程1 =>開始執(zhí)行線程2 =>線程2執(zhí)行完成 =>線程1執(zhí)行完成=>

如下圖所示，正常人理解這段代碼，首先執(zhí)行線程1進(jìn)入循環(huán)，線程2修改shareFlag=true，線程1跳出循環(huán)。所以跳出循環(huán)的線程1會打印"線程1執(zhí)行完成=>"，但是經(jīng)過筆者實驗，**"線程1執(zhí)行完成=>"不會被打印，線程1也沒有跳出死循環(huán)**，這是為什么呢？

二、為什么會產(chǎn)生這種現(xiàn)象（JMM模型）？

要解釋上面提到的問題，我們就需要學(xué)習(xí)JMM(Java Memory Model)Java 內(nèi)存模型，筆者覺得叫做Java多線程內(nèi)存模型更準(zhǔn)確一些。

首先，在JMM中每個線程有自己的工作內(nèi)存，在程序啟動的時候，線程將共享變量加載(read&load)到自己的工作內(nèi)存中，加載到線程工作內(nèi)存中的內(nèi)存變量是主內(nèi)存中共享變量的副本。也就是說此時shareFlag在內(nèi)存中有三個副本，值都等于false。
當(dāng)線程2執(zhí)行shareFlag=true的時候?qū)⑵涔ぷ鲀?nèi)存副本修改為shareFlag=true，同時將副本的值同步寫回(store&write)到主內(nèi)存中。
但是線程1的工作內(nèi)存中的shareFlag=false沒有發(fā)生變化，所以線程1一直處于死循環(huán)之中。

三、MESI 緩存一致性協(xié)議

按照上文的實驗以及JMM模型，線程2修改的共享變量的值，線程1感知不到。那怎么樣才能讓線程1感知到共享變量的值發(fā)生了變化呢？其實也很簡單，給shareFlag共享變量加上volatile關(guān)鍵字就可以了。

public volatile static boolean shareFlag = false;

其底層原理是這樣的，加上volatile關(guān)鍵字提示JMM遵循MESI 緩存一致性協(xié)議，該協(xié)議包含如下的緩存使用規(guī)范（看不懂可以不看，下文會用簡單的語言及例子描述一下）。

Modified：代表當(dāng)前Cache行的數(shù)據(jù)是修改過的(Dirty)，并且只在當(dāng)前CPU的Cache中是修改過的；此時該Cache行的數(shù)據(jù)與其他Cache中的數(shù)據(jù)不同，與內(nèi)存中該行的數(shù)據(jù)也不同。
Exclusive：代表當(dāng)前Cache行的數(shù)據(jù)是有效數(shù)據(jù)，其他CPU的Cache中沒有這行數(shù)據(jù)；并且當(dāng)前Cache行數(shù)據(jù)與內(nèi)存中的數(shù)據(jù)相同。
Shared：代表多個CPU的Cache中都會緩存有這行數(shù)據(jù)，并且Cache中的數(shù)據(jù)與內(nèi)存中的數(shù)據(jù)一致；
Invalid：表示當(dāng)前Cache行中的數(shù)據(jù)無效；

上文中的緩存使用規(guī)范可能過于復(fù)雜，簡單的說就是

當(dāng)線程2修改shareFlag的時候（參考Modify），告知bus總線我修改了共享變量shareFlag，
線程1對Bus總線進(jìn)行監(jiān)聽，當(dāng)它獲知共享變量shareFlag發(fā)生了修改就會將自己工作內(nèi)存中的shareFlag副本刪除使其失效。
當(dāng)線程1再次需要使用到shareFlag的時候，發(fā)現(xiàn)工作內(nèi)存中沒有shareFlag變量副本，就會重新從主內(nèi)存中加載(read&load)

到此這篇關(guān)于Java并發(fā)-volatile與JMM多線程內(nèi)存模型的文章就介紹到這了,更多相關(guān)java多線程內(nèi)存模型內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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