主要讲解volatile的相关知识,以及容易遇到的坑。
volatile变量的特性
保证可见性,不保证原子性:
- 当写一个volatile变量时,JMM会把该线程本地内存中的变量强制刷新到主内存中去;
- 这个写会操作会导致其他线程中的volatile变量缓存无效。
禁止指令重排,我们回顾一下,重排序需要遵守一定规则:
- 重排序操作不会对存在数据依赖关系的操作进行重排序。比如:a=1;b=a; 这个指令序列,由于第二个操作依赖于第一个操作,所以在编译时和处理器运行时这两个操作不会被重排序。
- 重排序是为了优化性能,但是不管怎么重排序,单线程下程序的执行结果不能被改变。 比如:a=1;b=2;c=a+b这三个操作,第一步(a=1)和第二步(b=2)由于不存在数据依赖关系, 所以可能会发生重排序,但是c=a+b这个操作是不会被重排序的,因为需要保证最终的结果一定是c=a+b=3。
volatile禁止指令重排规则
使用volatile关键字修饰共享变量便可以禁止这种重排序。若用volatile修饰共享变量,在编译时,会在指令序列中插入内存屏障来禁止特定类型的处理器重排序,volatile禁止指令重排序也有一些规则:
- 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;
- 在进行指令优化时,不能将对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。
即执行到volatile变量时,其前面的所有语句都执行完,后面所有语句都未执行。且前面语句的结果对volatile变量及其后面语句可见。
volatile禁止指令重排分析
该部分相关内容,我直接copy上一篇文章,不是为了凑篇幅,因为有同学没有看上一篇文章,直接看这篇,为了能让每一篇文章能独立成章,可能会引用之前文章中的内容。
先看下面未使用volatile的代码:
class ReorderExample {
int a = 0;
boolean flag = false;
public void writer() {
a = 1; //1
flag = true; //2
}
Public void reader() {
if (flag) { //3
int i = a * a; //4
System.out.println(i);
}
}
}
因为重排序影响,所以最终的输出可能是0,,具体分析请参考我的上一篇文章《Java并发编程系列1-基础知识》,如果引入volatile,我们再看一下代码:
class ReorderExample {
int a = 0;
boolean volatile flag = false;
public void writer() {
a = 1; //1
flag = true; //2
}
Public void reader() {
if (flag) { //3
int i = a * a; //4
System.out.println(i);
}
}
}
这个时候,volatile禁止指令重排序也有一些规则,这个过程建立的happens before关系可以分为两类:
- 根据程序次序规则,1 happens before 2; 3 happens before 4。
- 根据volatile规则,2 happens before 3。
- 根据happens before 的传递性规则,1 happens before 4。
上述happens before关系的图形化表现形式如下:
在上图中,每一个箭头链接的两个节点,代表了一个happens before 关系。黑色箭头表示程序顺序规则;橙色箭头表示volatile规则;蓝色箭头表示组合这些规则后提供的happens before保证。
这里A线程写一个volatile变量后,B线程读同一个volatile变量。A线程在写volatile变量之前所有可见的共享变量,在B线程读同一个volatile变量后,将立即变得对B线程可见。
volatile不适用场景
volatile不适合复合操作
下面是变量自加的示例:
public class volatileTest {
public volatile int inc = 0;
public void increase() {
inc++;
}
public static void main(String[] args) {
final volatileTest test = new volatileTest();
for(int i=0;i<10;i++){
new Thread(){
public void run() {
for(int j=0;j<1000;j++)
test.increase();
};
}.start();
}
while(Thread.activeCount()>1) //保证前面的线程都执行完
Thread.yield();
System.out.println("inc output:" + test.inc);
}
}
测试输出:
inc output:8182
因为inc++不是一个原子性操作,可以由读取、加、赋值3步组成,所以结果并不能达到10000。
解决方法
采用synchronized:
public class volatileTest1 {
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