网站建设功,服务器一年多少钱,哈尔滨网站设计公司哪家更好,住房各城乡建设网站转载自 Java 多线程 —— 深入理解 volatile 的原理以及应用 推荐阅读#xff1a;《java 多线程—线程怎么来的》
这一篇主要讲解一下volatile的原理以及应用#xff0c;想必看完这一篇之后#xff0c;你会对volatile的应用原理以及使用边界会有更深刻的认知。本篇主要内容…转载自 Java 多线程 —— 深入理解 volatile 的原理以及应用 推荐阅读《java 多线程—线程怎么来的》
这一篇主要讲解一下volatile的原理以及应用想必看完这一篇之后你会对volatile的应用原理以及使用边界会有更深刻的认知。本篇主要内容 volatile 读写同步原理 volatile重排序原则 volatile应用
关键字volatile是jvm提供的轻量级的同步机制但它并不容易理解而且在多数情况下用不到被多数开发者抛弃并采用synchronized代替synchronized属于重度锁如果你对性能有高的要求那么同等情况下变量声明volatile会减小更少的同步开销。
在介绍之前我们先抛出2个问题 volatile究竟是如何保证共享变量的同步的 i操作为何对虚拟机来说不是原子操作 一、volatile 读写同步原理 对变量进行volatile声明以后会有以下特征:
1、可见性。保证此变量对所有线程是可见的。
2、原子性。只对任意单个volatile变量的读/写具有原子性注意不是所有。
3、有序性。被volatile声明过的变量会禁止指令重排序优化 happen-before 保证可见性
volatile变量的写-读可以实现线程之间的通信。happens-before是java内存模型向我们提供的内存可见性保证这也就是我们第一个问题的解答volatiel如何保证对共享变量同步的。
我们先回忆一下happens-before原则我们只说和其相关的 程序次序法则如果在程序中所有动作 A 出现在动作 B 之前则线程中的每动作 A 都 happens-before 于该线程中的每一个动作 B。 Volatile 变量法则对 Volatile 域的写入操作 happens-before 于每个后续对同一 Volatile 的读操作。 传递性如果 A happens-before 于 B且 B happens-before C则 A happens-before C。
我们通过一个示例来说明这些规则的应用: 比如现在有线程A和B,分别调取write和read方法。
第一种情况:
线程A先执行write方法之后线程B执行read方法。那么:
1、基于程序次序法则。1 happens-before 2; 3 happens-before 4
2、基于volatile原则。2 happens-before 3
3、基于传递性原则。因为 1 happens-before 22 happens-before 33 happens-before 4。那么可以推断出 1 happens-before 4,2 happens-before 4。
此种情况下我们可以认定此时线程B中可以读取到 线程A中写入的 a和b的值的。a值没用声明volatile依然可以读取到这个为何我们后面讲
第二种情况:
线程B先执行read方法之后线程A执行write方法。
1、基于程序次序法则。3 happens-before 4; 1 happens-before 2
2、基于volatile原则。无
3、基于传递性原则。无传递
此种情况下我们可以此时认定线程B中没有读取到线程A中写入的a和b的值。
通过上面的分析我们可以对volatiel变量如此定义: 当write一个volatile变量时JMM会把该线程对应的本地内存中的共享变量刷新到主内存。 当read一个volatile变量时JMM会把该线程对应的本地内存置为无效。线程接下来将从主内存中读取共享变量。
对于第一种情况我们看上述示例如何write和read的 那么读到这里有一个困惑上述变量a并没有声明为volatile 为何能被刷新到主内存中难道不会被处理器重排序么 二、volatile限制重排序 上述中我们讲到volatile 中有一个特性有序性防止jvm对其重排序那么究竟是如何做的我们看一下。
重排序分为编译器重排序和处理器重排序。为了实现volatile内存语义jvm会分别限制这两种类型的重排序类型。 编译器重排序
针对编译器制定的volatile重排序规则: 上述表中NO表示jvm不可以重排序保持当前顺序。
比如第一行第三列中表示第一个操作是变量的普通读写第二个操作是volatile声明的变量写操作那么此时对于操作1和操作2是不可以重排序的保持当前顺序。
就好比上述示例中a 和b变量满足此种情况a和b的操作顺序不变。
上述规则用文字描述: 当第二个操作是volatile写时不管第一个操作是什么都不能重排序。这个规则确保volatile写之前的操作不会被编译器重排序到volatile写之后。 当第一个操作是volatile读时不管第二个操作是什么都不能重排序。这个规则确保volatile读之后的操作不会被编译器重排序到volatile读之前。 当第一个操作是volatile写第二个操作是volatile读时不能重排序。
注意jvm只保证2个操作保持如此规则不能延伸到2个以上的操作上。 处理器重排序
为了实现上述规则jvm编译器在生成字节码的时候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。 在每个volatile写操作的前面插入一个StoreStore屏障。 在每个volatile写操作的后面插入一个StoreLoad屏障。 在每个volatile读操作的前面插入一个LoadLoad屏障。 在每个volatile读操作的后面插入一个LoadStore屏障。 如此可以保证在任意处理器平台任意的程序中都能得到正确的volatile重排序规则实现。 总结
volatile防止重排序有什么作用
happens-before是java内存模型向我们提供的内存可见性保证而volatile的禁止重排序规则包括volatile的编译器重排序规则和volatile的内存屏障插入策略是jvm用来实现happens-before的方式。
比如上述程序中根据happens-before的程序顺序规则1 happens-before 2 3 happens-before 4.
而后根据volatile规则2 happens-before 3. 如此操作 1、2、3、4的顺序得以延续。
也就是说volatile的禁止重排序规则确保上述happens-before顺序。 三、应用 i 不是原子
上述原理介绍中我们有说volatile只对只对任意单个volatile变量的读/写具有原子性比如变量a的赋值操作可以为原子的但变量a不为原子的我们看个示例: 我们用javap 看下increCount的编译指令 我看红色圈中的部分increCount被分解了4个指令来操作而 setCount只有1个指令来处理原子的。我们用代码的方式increCount方法可以等价于以下 所以说volatile只对只对任意单个volatile变量的读/写具有原子性,而i实际上它是一个由读取修改写入操作序列组成的组合操作属于多个操作所以不具备原子性。 volatile 应用原则
要使 volatile 变量提供理想的线程安全必须同时满足下面两个条件 对变量的写操作不依赖于当前值。 该变量没有包含在具有其他变量的不变式中。
也就是说被写入 volatile 变量的这些有效值独立于任何程序的状态包括变量的当前状态。
因此只有在状态真正独立于程序内其他内容时才能使用 volatile —— 这条规则能够避免将这些模式扩展到不安全的用例。 应用示例 1、赋值操作
上述 increCount中属于依赖当前count值的应用了而setCount属于没有依赖当前值。所以后者属于线程安全。
2、线程取消
对一个线程取消或者中断的时候有人会采用interrupted方法来中断如果维护一个volatile变量来为何无论外部线程如何调用总能保证对当前线程的立即可见性。 当想终止这个线程的操作的时候调用shutdown方法会比较安全。
通过以上原理和应用介绍想必对于volatile不会那么陌生了掌握原理了解使用边界让你的程序性能更高可读性更强。我们如果严格遵循 volatile 的使用条件 —— 即变量真正独立于其他变量和自己以前的值 —— 在某些情况下可以使用 volatile 代替 synchronized 来简化代码。
