泉州网站建设方案开发,青岛房地产网站建设,伊滨区网站建设,做网站需要许可证吗简介volatile关键字虽然从字面上理解起来比较简单#xff0c;但是要用好不是一件容易的事情。由于volatile关键字是与Java的内存模型有关的#xff0c;因此在讲述volatile关键之前#xff0c;我们先来了解一下与内存模型相关的概念和知识#xff0c;然后分析了volatile关键…简介volatile关键字虽然从字面上理解起来比较简单但是要用好不是一件容易的事情。由于volatile关键字是与Java的内存模型有关的因此在讲述volatile关键之前我们先来了解一下与内存模型相关的概念和知识然后分析了volatile关键字的实现原理最后给出了几个使用volatile关键字的场景。 以下是本文的目录大纲一、内存模型的相关概念二、并发编程中的三个概念三、Java内存模型四、深入剖析volatile关键字五、使用volatile关键字的场景一、内存模型的相关概念大家都知道计算机在执行程序时每条指令都是在CPU中执行的而执行指令过程中势必涉及到数据的读取和写入。由于程序运行过程中的临时数据是存放在主存物理内存当中的这时就存在一个问题由于CPU执行速度很快而从内存读取数据和向内存写入数据的过程跟CPU执行指令的速度比起来要慢的多因此如果任何时候对数据的操作都要通过和内存的交互来进行会大大降低指令执行的速度。因此在CPU里面就有了高速缓存。也就是当程序在运行过程中会将运算需要的数据从主存复制一份到CPU的高速缓存当中那么CPU进行计算时就可以直接从它的高速缓存读取数据和向其中写入数据当运算结束之后再将高速缓存中的数据刷新到主存当中。举个简单的例子比如下面的这段代码i i 1;当线程执行这个语句时会先从主存当中读取i的值然后复制一份到高速缓存当中然后CPU执行指令对i进行加1操作然后将数据写入高速缓存最后将高速缓存中i最新的值刷新到主存当中。这个代码在单线程中运行是没有任何问题的但是在多线程中运行就会有问题了。在多核CPU中每条线程可能运行于不同的CPU中因此每个线程运行时有自己的高速缓存对单核CPU来说其实也会出现这种问题只不过是以线程调度的形式来分别执行的。本文我们以多核CPU为例。比如同时有2个线程执行这段代码假如初始时i的值为0那么我们希望两个线程执行完之后i的值变为2。但是事实会是这样吗可能存在下面一种情况初始时两个线程分别读取i的值存入各自所在的CPU的高速缓存当中然后线程1进行加1操作然后把i的最新值1写入到内存。此时线程2的高速缓存当中i的值还是0进行加1操作之后i的值为1然后线程2把i的值写入内存。最终结果i的值是1而不是2。这就是著名的缓存一致性问题。通常称这种被多个线程访问的变量为共享变量。也就是说如果一个变量在多个CPU中都存在缓存一般在多线程编程时才会出现那么就可能存在缓存不一致的问题。为了解决缓存不一致性问题通常来说有以下2种解决方法1通过在总线加LOCK#锁的方式2通过缓存一致性协议这2种方式都是硬件层面上提供的方式。在早期的CPU当中是通过在总线上加LOCK#锁的形式来解决缓存不一致的问题。因为CPU和其他部件进行通信都是通过总线来进行的如果对总线加LOCK#锁的话也就是说阻塞了其他CPU对其他部件访问如内存从而使得只能有一个CPU能使用这个变量的内存。比如上面例子中 如果一个线程在执行 i i 1如果在执行这段代码的过程中在总线上发出了LCOK#锁的信号那么只有等待这段代码完全执行完毕之后其他CPU才能从变量i所在的内存读取变量然后进行相应的操作。这样就解决了缓存不一致的问题。但是上面的方式会有一个问题由于在锁住总线期间其他CPU无法访问内存导致效率低下。所以就出现了缓存一致性协议。最出名的就是Intel 的MESI协议MESI协议保证了每个缓存中使用的共享变量的副本是一致的。它核心的思想是当CPU写数据时如果发现操作的变量是共享变量即在其他CPU中也存在该变量的副本会发出信号通知其他CPU将该变量的缓存行置为无效状态因此当其他CPU需要读取这个变量时发现自己缓存中缓存该变量的缓存行是无效的那么它就会从内存重新读取。二、并发编程中的三个概念在并发编程中我们通常会遇到以下三个问题原子性问题可见性问题有序性问题。我们先看具体看一下这三个概念1、原子性原子性即一个操作或者多个操作 要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断要么就都不执行。一个很经典的例子就是银行账户转账问题比如从账户A向账户B转1000元那么必然包括2个操作从账户A减去1000元往账户B加上1000元。试想一下如果这2个操作不具备原子性会造成什么样的后果。假如从账户A减去1000元之后操作突然中止。然后又从B取出了500元取出500元之后再执行 往账户B加上1000元 的操作。这样就会导致账户A虽然减去了1000元但是账户B没有收到这个转过来的1000元。所以这2个操作必须要具备原子性才能保证不出现一些意外的问题。同样地反映到并发编程中会出现什么结果呢举个最简单的例子大家想一下假如为一个32位的变量赋值过程不具备原子性的话会发生什么后果
i 9;假若一个线程执行到这个语句时我暂且假设为一个32位的变量赋值包括两个过程为低16位赋值为高16位赋值。那么就可能发生一种情况当将低16位数值写入之后突然被中断而此时又有一个线程去读取i的值那么读取到的就是错误的数据。2、可见性可见性是指线程之间的可见性一个线程修改的状态对另一个线程是可见的即当多个线程访问同一个变量时一个线程修改了这个变量的值其他线程能够立即看得到修改的值。举个简单的例子看下面这段代码
//线程1执行的代码
int i 0;
i 10;//线程2执行的代码
j i;假若执行线程1的是CPU1执行线程2的是CPU2。由上面的分析可知当线程1执行 i 10这句时会先把i的初始值加载到CPU1的高速缓存中然后赋值为10那么在CPU1的高速缓存当中i的值变为10了却没有立即写入到主存当中。此时线程2执行 j i它会先去主存读取i的值并加载到CPU2的缓存当中注意此时内存当中i的值还是0那么就会使得j的值为0而不是10.这就是可见性问题线程1对变量i修改了之后线程2没有立即看到线程1修改的值。3、有序性有序性即程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。举个简单的例子看下面这段代码int i 0;
boolean flag false;
i 1; //语句1
flag true; //语句2上面代码定义了一个int型变量定义了一个boolean类型变量然后分别对两个变量进行赋值操作。从代码顺序上看语句1是在语句2前面的那么JVM在真正执行这段代码的时候会保证语句1一定会在语句2前面执行吗不一定为什么呢这里可能会发生指令重排序Instruction Reorder。下面解释一下什么是指令重排序一般来说处理器为了提高程序运行效率可能会对输入代码进行优化它不保证程序中各个语句的执行先后顺序同代码中的顺序一致但是它会保证程序最终执行结果和代码顺序执行的结果是一致的。比如上面的代码中语句1和语句2谁先执行对最终的程序结果并没有影响那么就有可能在执行过程中语句2先执行而语句1后执行。但是要注意虽然处理器会对指令进行重排序但是它会保证程序最终结果会和代码顺序执行结果相同那么它靠什么保证的呢再看下面一个例子
int a 10; //语句1
int r 2; //语句2
a a 3; //语句3
r a*a; //语句4 这段代码有4个语句那么可能的一个执行顺序是那么可不可能是这个执行顺序呢 语句2 — 语句1 — 语句4 — 语句3不可能因为处理器在进行重排序时是会考虑指令之间的数据依赖性如果一个指令Instruction 2必须用到Instruction 1的结果那么处理器会保证Instruction 1会在Instruction 2之前执行。虽然重排序不会影响单个线程内程序执行的结果但是多线程呢下面看一个例子
//线程1:
context loadContext(); //语句1
inited true; //语句2//线程2:
while(!inited ){sleep()
}
doSomethingwithconfig(context);上面代码中由于语句1和语句2没有数据依赖性因此可能会被重排序。假如发生了重排序在线程1执行过程中先执行语句2而此是线程2会以为初始化工作已经完成那么就会跳出while循环去执行doSomethingwithconfig(context)方法而此时context并没有被初始化就会导致程序出错。从上面可以看出指令重排序不会影响单个线程的执行但是会影响到线程并发执行的正确性。也就是说要想并发程序正确地执行必须要保证原子性、可见性以及有序性。只要有一个没有被保证就有可能会导致程序运行不正确。三、Java内存模型在前面谈到了一些关于内存模型以及并发编程中可能会出现的一些问题。下面我们来看一下Java内存模型研究一下Java内存模型为我们提供了哪些保证以及在java中提供了哪些方法和机制来让我们在进行多线程编程时能够保证程序执行的正确性。在Java虚拟机规范中试图定义一种Java内存模型Java Memory ModelJMM来屏蔽各个硬件平台和操作系统的内存访问差异以实现让Java程序在各种平台下都能达到一致的内存访问效果。那么Java内存模型规定了哪些东西呢它定义了程序中变量的访问规则往大一点说是定义了程序执行的次序。注意为了获得较好的执行性能Java内存模型并没有限制执行引擎使用处理器的寄存器或者高速缓存来提升指令执行速度也没有限制编译器对指令进行重排序。也就是说在java内存模型中也会存在缓存一致性问题和指令重排序的问题。Java内存模型规定所有的变量都是存在主存当中类似于前面说的物理内存每个线程都有自己的工作内存类似于前面的高速缓存。线程对变量的所有操作都必须在工作内存中进行而不能直接对主存进行操作。并且每个线程不能访问其他线程的工作内存。举个简单的例子在java中执行下面这个语句
i 10;执行线程必须先在自己的工作线程中对变量i所在的缓存行进行赋值操作然后再写入主存当中。而不是直接将数值10写入主存当中。那么Java语言 本身对 原子性、可见性以及有序性提供了哪些保证呢1、原子性在Java中对基本数据类型的变量的读取和赋值操作是原子性操作即这些操作是不可被中断的要么执行要么不执行。上面一句话虽然看起来简单但是理解起来并不是那么容易。看下面一个例子i请分析以下哪些操作是原子性操作
x 10; //语句1
y x; //语句2
x; //语句3
x x 1; //语句4咋一看有些朋友可能会说上面的4个语句中的操作都是原子性操作。其实只有语句1是原子性操作其他三个语句都不是原子性操作。语句1是直接将数值10赋值给x也就是说线程执行这个语句的会直接将数值10写入到工作内存中。语句2实际上包含2个操作它先要去读取x的值再将x的值写入工作内存虽然读取x的值以及 将x的值写入工作内存 这2个操作都是原子性操作但是合起来就不是原子性操作了。同样的x和 x x1包括3个操作读取x的值进行加1操作写入新的值。所以上面4个语句只有语句1的操作具备原子性。也就是说只有简单的读取、赋值而且必须是将数字赋值给某个变量变量之间的相互赋值不是原子操作才是原子操作。不过这里有一点需要注意在32位平台下对64位数据的读取和赋值是需要通过两个操作来完成的不能保证其原子性。但是好像在最新的JDK中JVM已经保证对64位数据的读取和赋值也是原子性操作了。从上面可以看出Java内存模型只保证了基本读取和赋值是原子性操作如果要实现更大范围操作的原子性可以通过synchronized和Lock来实现。由于synchronized和Lock能够保证任一时刻只有一个线程执行该代码块那么自然就不存在原子性问题了从而保证了原子性。原子是世界上的最小单位具有不可分割性。比如 a0a非long和double类型 这个操作是不可分割的那么我们说这个操作时原子操作。再比如a 这个操作实际是a a 1是可分割的所以他不是一个原子操作。非原子操作都会存在线程安全问题需要我们使用同步技术sychronized来让它变成一个原子操作。一个操作是原子操作那么我们称它具有原子性。java的concurrent包下提供了一些原子类我们可以通过阅读API来了解这些原子类的用法。比如AtomicInteger、AtomicLong、AtomicReference等。在 Java 中 synchronized 和在 lock、unlock 中操作保证原子性。2、可见性对于可见性Java提供了volatile关键字来保证可见性。当一个共享变量被volatile修饰时它会保证修改的值会立即被更新到主存当有其他线程需要读取时它会去内存中读取新值。而普通的共享变量不能保证可见性因为普通共享变量被修改之后什么时候被写入主存是不确定的当其他线程去读取时此时内存中可能还是原来的旧值因此无法保证可见性。另外通过synchronized和Lock也能够保证可见性synchronized和Lock能保证同一时刻只有一个线程获取锁然后执行同步代码并且在释放锁之前会将对变量的修改刷新到主存当中。因此可以保证可见性。可见性是指线程之间的可见性一个线程修改的状态对另一个线程是可见的。也就是一个线程修改的结果。另一个线程马上就能看到。比如用volatile修饰的变量就会具有可见性。volatile修饰的变量不允许线程内部缓存和重排序即直接修改内存。所以对其他线程是可见的。但是这里需要注意一个问题volatile只能让被他修饰内容具有可见性但不能保证它具有原子性。比如 volatile int a 0之后有一个操作 a这个变量a具有可见性但是a 依然是一个非原子操作也就是这个操作同样存在线程安全问题。在 Java 中 volatile、synchronized 和 final 实现可见性。3、有序性在Java内存模型中允许编译器和处理器对指令进行重排序但是重排序过程不会影响到单线程程序的执行却会影响到多线程并发执行的正确性。在Java里面可以通过volatile关键字来保证一定的“有序性”。另外可以通过synchronized和Lock来保证有序性很显然synchronized和Lock保证每个时刻是有一个线程执行同步代码相当于是让线程顺序执行同步代码自然就保证了有序性。另外Java内存模型具备一些先天的“有序性”即不需要通过任何手段就能够得到保证的有序性这个通常也称为 happens-before 原则。如果两个操作的执行次序无法从happens-before原则推导出来那么它们就不能保证它们的有序性虚拟机可以随意地对它们进行重排序。下面就来具体介绍下happens-before原则先行发生原则
程序次序规则一个线程内按照代码顺序书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作锁定规则一个unLock操作先行发生于后面对同一个锁额lock操作volatile变量规则对一个变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作传递规则如果操作A先行发生于操作B而操作B又先行发生于操作C则可以得出操作A先行发生于操作C线程启动规则Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每个一个动作线程中断规则对线程interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生线程终结规则线程中所有的操作都先行发生于线程的终止检测我们可以通过Thread.join()方法结束、Thread.isAlive()的返回值手段检测到线程已经终止执行对象终结规则一个对象的初始化完成先行发生于他的finalize()方法的开始。这8条原则摘自《深入理解Java虚拟机》。这8条规则中前4条规则是比较重要的后4条规则都是显而易见的。下面我们来解释一下前4条规则对于程序次序规则来说我的理解就是一段程序代码的执行在单个线程中看起来是有序的。注意虽然这条规则中提到“书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作”这个应该是程序看起来执行的顺序是按照代码顺序执行的因为虚拟机可能会对程序代码进行指令重排序。虽然进行重排序但是最终执行的结果是与程序顺序执行的结果一致的它只会对不存在数据依赖性的指令进行重排序。因此在单个线程中程序执行看起来是有序执行的这一点要注意理解。事实上这个规则是用来保证程序在单线程中执行结果的正确性但无法保证程序在多线程中执行的正确性。第二条规则也比较容易理解也就是说无论在单线程中还是多线程中同一个锁如果处于被锁定的状态那么必须先对锁进行了释放操作后面才能继续进行lock操作。第三条规则是一条比较重要的规则也是后文将要重点讲述的内容。直观地解释就是如果一个线程先去写一个变量然后一个线程去进行读取那么写入操作肯定会先行发生于读操作。第四条规则实际上就是体现happens-before原则具备传递性。Java 语言提供了 volatile 和 synchronized 两个关键字来保证线程之间操作的有序性volatile 是因为其本身包含“禁止指令重排序”的语义synchronized 是由“一个变量在同一个时刻只允许一条线程对其进行 lock 操作”这条规则获得的此规则决定了持有同一个对象锁的两个同步块只能串行执行。四、深入剖析volatile关键字在前面讲述了很多东西其实都是为讲述volatile关键字作铺垫那么接下来我们就进入主题。我们先来看下下面一段代码在多线程环境下将存在问题。/*** author zhengbinMac*/public class NoVisibility {private static boolean ready;private static int number;private static class ReaderThread extends Thread {Overridepublic void run() {while(!ready) {//Thread.yield();}System.out.println(number);}}public static void main(String[] args) {new ReaderThread().start();try{Thread.sleep(1000);}catch(Exception e){}number 42;ready true;}}上面这段代码会输出什么结果呢答案是一直处于死循环中。如果你把Thread.yield()去掉注释的话那么就会输出你预想的结果42。NoVisibility可能会持续循环下去因为读线程可能永远都看不到ready的值。甚至NoVisibility可能会输出0因为读线程可能看到了写入ready的值但却没有看到之后写入number的值这种现象被称为“重排序”。只要在某个线程中无法检测到重排序情况即使在其他线程中可以明显地看到该线程中的重排序那么就无法确保线程中的操作将按照程序中指定的顺序来执行。当主线程首先写入number然后在没有同步的情况下写入ready那么读线程看到的顺序可能与写入的顺序完全相反。在没有同步的情况下编译器、处理器以及运行时等都可能对操作的执行顺序进行一些意想不到的调整。在缺乏足够同步的多线程程序中要想对内存操作的执行春旭进行判断无法得到正确的结论。这个看上去像是一个失败的设计但却能使JVM充分地利用现代多核处理器的强大性能。例如在缺少同步的情况下Java内存模型允许编译器对操作顺序进行重排序并将数值缓存在寄存器中。此外它还允许CPU对操作顺序进行重排序并将数值缓存在处理器特定的缓存中。1、volatile关键字的两层语义一旦一个共享变量类的成员变量、类的静态成员变量被volatile修饰之后那么就具备了两层语义1保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性即一个线程修改了某个变量的值这新值对其他线程来说是立即可见的。2禁止进行指令重排序。先看一段代码假如线程1先执行线程2后执行
//线程1
boolean stop false;
while(!stop){doSomething();
}//线程2
stop true;这段代码是很典型的一段代码很多人在中断线程时可能都会采用这种标记办法。但是事实上这段代码会完全运行正确么即一定会将线程中断么不一定也许在大多数时候这个代码能够把线程中断但是也有可能会导致无法中断线程虽然这个可能性很小但是只要一旦发生这种情况就会造成死循环了。下面解释一下这段代码为何有可能导致无法中断线程。在前面已经解释过每个线程在运行过程中都有自己的工作内存那么线程1在运行的时候会将stop变量的值拷贝一份放在自己的工作内存当中。那么当线程2更改了stop变量的值之后但是还没来得及写入主存当中线程2转去做其他事情了那么线程1由于不知道线程2对stop变量的更改因此还会一直循环下去。但是用volatile修饰之后就变得不一样了第一使用volatile关键字会强制将修改的值立即写入主存第二使用volatile关键字的话当线程2进行修改时会导致线程1的工作内存中缓存变量stop的缓存行无效反映到硬件层的话就是CPU的L1或者L2缓存中对应的缓存行无效第三由于线程1的工作内存中缓存变量stop的缓存行无效所以线程1再次读取变量stop的值时会去主存读取。那么在线程2修改stop值时当然这里包括2个操作修改线程2工作内存中的值然后将修改后的值写入内存会使得线程1的工作内存中缓存变量stop的缓存行无效然后线程1读取时发现自己的缓存行无效它会等待缓存行对应的主存地址被更新之后然后去对应的主存读取最新的值。那么线程1读取到的就是最新的正确的值。2、volatile保证原子性吗从上面知道volatile关键字保证了操作的可见性但是volatile能保证对变量的操作是原子性吗下面看一个例子
public class Test {public volatile int inc 0;public void increase() {inc;}public static void main(String[] args) {final Test test new Test();for(int i0;i10;i){new Thread(){public void run() {for(int j0;j1000;j)test.increase();};}.start();}while(Thread.activeCount()1) //保证前面的线程都执行完Thread.yield();System.out.println(test.inc);}
}大家想一下这段程序的输出结果是多少也许有些朋友认为是10000。但是事实上运行它会发现每次运行结果都不一致都是一个小于10000的数字。可能有的朋友就会有疑问不对啊上面是对变量inc进行自增操作由于volatile保证了可见性那么在每个线程中对inc自增完之后在其他线程中都能看到修改后的值啊所以有10个线程分别进行了1000次操作那么最终inc的值应该是1000*1010000。这里面就有一个误区了volatile关键字能保证可见性没有错但是上面的程序错在没能保证原子性。可见性只能保证每次读取的是最新的值但是volatile没办法保证对变量的操作的原子性。在前面已经提到过自增操作是不具备原子性的它包括读取变量的原始值、进行加1操作、写入工作内存。那么就是说自增操作的三个子操作可能会分割开执行就有可能导致下面这种情况出现假如某个时刻变量inc的值为10线程1对变量进行自增操作线程1先读取了变量inc的原始值然后线程1被阻塞了然后线程2对变量进行自增操作线程2也去读取变量inc的原始值由于线程1只是对变量inc进行读取操作而没有对变量进行修改操作所以不会导致线程2的工作内存中缓存变量inc的缓存行无效所以线程2会直接去主存读取inc的值发现inc的值时10然后进行加1操作并把11写入工作内存最后写入主存。然后线程1接着进行加1操作由于已经读取了inc的值注意此时在线程1的工作内存中inc的值仍然为10所以线程1对inc进行加1操作后inc的值为11然后将11写入工作内存最后写入主存。那么两个线程分别进行了一次自增操作后inc只增加了1。解释到这里可能有朋友会有疑问不对啊前面不是保证一个变量在修改volatile变量时会让缓存行无效吗然后其他线程去读就会读到新的值对这个没错。这个就是上面的happens-before规则中的volatile变量规则但是要注意线程1对变量进行读取操作之后被阻塞了的话并没有对inc值进行修改。然后虽然volatile能保证线程2对变量inc的值读取是从内存中读取的但是线程1没有进行修改所以线程2根本就不会看到修改的值。根源就在这里自增操作不是原子性操作而且volatile也无法保证对变量的任何操作都是原子性的。把上面的代码改成以下任何一种都可以达到效果采用synchronized
public class Test {public int inc 0;public synchronized void increase() {inc;}public static void main(String[] args) {final Test test new Test();for(int i0;i10;i){new Thread(){public void run() {for(int j0;j1000;j)test.increase();};}.start();}while(Thread.activeCount()1) //保证前面的线程都执行完Thread.yield();System.out.println(test.inc);}
} 采用Lockpublic class Test {public int inc 0;Lock lock new ReentrantLock();public void increase() {lock.lock();try {inc;} finally{lock.unlock();}}public static void main(String[] args) {final Test test new Test();for(int i0;i10;i){new Thread(){public void run() {for(int j0;j1000;j)test.increase();};}.start();}while(Thread.activeCount()1) //保证前面的线程都执行完Thread.yield();System.out.println(test.inc);}
} 采用AtomicIntegerpublic class Test {public AtomicInteger inc new AtomicInteger();public void increase() {inc.getAndIncrement();}public static void main(String[] args) {final Test test new Test();for(int i0;i10;i){new Thread(){public void run() {for(int j0;j1000;j)test.increase();};}.start();}while(Thread.activeCount()1) //保证前面的线程都执行完Thread.yield();System.out.println(test.inc);}
} 在java 1.5的java.util.concurrent.atomic包下提供了一些原子操作类即对基本数据类型的 自增加1操作自减减1操作、以及加法操作加一个数减法操作减一个数进行了封装保证这些操作是原子性操作。atomic是利用CAS来实现原子性操作的Compare And SwapCAS实际上是利用处理器提供的CMPXCHG指令实现的而处理器执行CMPXCHG指令是一个原子性操作。3、volatile能保证有序性吗在前面提到volatile关键字能禁止指令重排序所以volatile能在一定程度上保证有序性。volatile关键字禁止指令重排序有两层意思1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2在进行指令优化时不能将在对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。可能上面说的比较绕举个简单的例子
//x、y为非volatile变量
//flag为volatile变量x 2; //语句1
y 0; //语句2
flag true; //语句3
x 4; //语句4
y -1; //语句5由于flag变量为volatile变量那么在进行指令重排序的过程的时候不会将语句3放到语句1、语句2前面也不会讲语句3放到语句4、语句5后面。但是要注意语句1和语句2的顺序、语句4和语句5的顺序是不作任何保证的。并且volatile关键字能保证执行到语句3时语句1和语句2必定是执行完毕了的且语句1和语句2的执行结果对语句3、语句4、语句5是可见的。那么我们回到前面举的一个例子
//线程1:
context loadContext(); //语句1
inited true; //语句2//线程2:
while(!inited ){sleep()
}
doSomethingwithconfig(context);前面举这个例子的时候提到有可能语句2会在语句1之前执行那么久可能导致context还没被初始化而线程2中就使用未初始化的context去进行操作导致程序出错。这里如果用volatile关键字对inited变量进行修饰就不会出现这种问题了因为当执行到语句2时必定能保证context已经初始化完毕。4、volatile的原理和实现机制前面讲述了源于volatile关键字的一些使用下面我们来探讨一下volatile到底如何保证可见性和禁止指令重排序的。下面这段话摘自《深入理解Java虚拟机》“观察加入volatile关键字和没有加入volatile关键字时所生成的汇编代码发现加入volatile关键字时会多出一个lock前缀指令”lock前缀指令实际上相当于一个内存屏障也成内存栅栏内存屏障会提供3个功能1它确保指令重排序时不会把其后面的指令排到内存屏障之前的位置也不会把前面的指令排到内存屏障的后面即在执行到内存屏障这句指令时在它前面的操作已经全部完成2它会强制将对缓存的修改操作立即写入主存3如果是写操作它会导致其他CPU中对应的缓存行无效。当一个变量定义为 volatile 之后将具备两种特性1、保证此变量对所有的线程的可见性这里的“可见性”如本文开头所述当一个线程修改了这个变量的值volatile 保证了新值能立即同步到主内存以及每次使用前立即从主内存刷新。但普通变量做不到这点普通变量的值在线程间传递均需要通过主内存详见Java内存模型来完成。2、禁止指令重排序优化。有volatile修饰的变量赋值后多执行了一个“load addl $0x0, (%esp)”操作这个操作相当于一个内存屏障指令重排序时不能把后面的指令重排序到内存屏障之前的位置只有一个CPU访问内存时并不需要内存屏障什么是指令重排序是指CPU采用了允许将多条指令不按程序规定的顺序分开发送给各相应电路单元处理。5、volatile性能volatile 的读性能消耗与普通变量几乎相同但是写操作稍慢因为它需要在本地代码中插入许多内存屏障指令来保证处理器不发生乱序执行。五、使用volatile关键字的场景synchronized关键字是防止多个线程同时执行一段代码那么就会很影响程序执行效率而volatile关键字在某些情况下性能要优于synchronized但是要注意volatile关键字是无法替代synchronized关键字的因为volatile关键字无法保证操作的原子性。通常来说使用volatile必须具备以下2个条件1对变量的写操作不依赖于当前值2该变量没有包含在具有其他变量的不变式中实际上这些条件表明可以被写入 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。事实上我的理解就是上面的2个条件需要保证操作是原子性操作才能保证使用volatile关键字的程序在并发时能够正确执行。下面列举几个Java中使用volatile的几个场景。
1、
状态标记量
volatile boolean flag false;while(!flag){doSomething();
}public void setFlag() {flag true;
}
volatile boolean inited false;
//线程1:
context loadContext();
inited true; //线程2:
while(!inited ){
sleep()
}
doSomethingwithconfig(context);
2、double checkclass Singleton{private volatile static Singleton instance null;private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {if(instancenull) {synchronized (Singleton.class) {if(instancenull)instance new Singleton();}}return instance;}
}
