JUC学习笔记 -- (1)Volatile和内存可见性

系统管理员 2022-05-11 11:12 256阅读 0赞

## 一、内存可见性 ##

可见性：一个线程对共享变量值的修改，能够及时地被其他线程看到。

共享变量：如果一个变量在多个线程的工作内存中都存在副本，那么这个变量就是这几个线程的共享变量。

### Java内存模型(JMM) ###

Java内存模型（Java Memory Model）描述了Java程序中各种变量（线程共享变量）的访问规则，以及在JVM中将变量存储到内存和从内存中读取出变量这样的底层细节。

所有的线程共享变量都存储在主内存中  
每个线程都有自己独立的缓存空间，每个线程在运行期会把主存中的共享变量拷一份到自己的缓存空间，对于共享变量的操作是在这个缓存区里面进行的，修改了缓存区的共享变量副本后会更新到主存中去。

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**两条规定:**

*  线程对共享变量的所有操作都必须在自己的工作空间中操作这个副本，不能直接操作主内存中的共享变量。
 *  不同线程之间无法直接访问其他线程工作内存中的变量，线程间变量值的传递需要通过主内存来完成。

线程1对共享变量的修改要想被线程2及时看到，必须要经过如下2个步骤：

*  把工作内存1中更新过的共享变量刷新到主内存中
 *  将主内存中最新的共享变量的值更新到工作内存2中

### 可见性 ###

要实现共享变量的可见性，必须保证两点：

*  线程修改后的共享变量值能够及时从工作内存中刷新到主内存中
 *  其他线程能够及时把共享变量的最新值从主内存更新到自己的工作内存中

## 二、可见性实现 ##

### 使用synchronized实现可见性 ###

JMM关于synchronized的两条规定：

线程解锁前，必须把共享变量的最新值刷新到主内存中  
线程加锁时，将清空工作内存中共享变量的值，从而使用共享变量时需要从主存中重新读取最新的值

执行过程：

1.线程获得互斥锁  
2.清空工作内存  
3.从主内存拷贝变量的最新副本到工作内存  
4.执行代码  
5.将更改后的共享变量的值刷新到主内存中  
6.释放互斥锁

### volatile实现可见性 ###

volatile关键字：  
volatile如何实现内存的可见性：   
深入来说：通过加入内存屏障和禁止重排序优化来实现的。

对volatile变量执行写操作时，会在写操作后加入一条store屏障指令  
对volatile变量执行读操作时，会在读操作前加入一条load屏障指令  
通俗地讲：volatile变量在每次被线程访问时，都强迫从主内存中重读该变量的值，而当该变量发生变化时，又会强迫将最新的值刷新到主内存。这样任何时刻，不同的线程总能看到该变量的最新值。

线程写volatile变量的过程：

1.改变线程工作内存中volatile变量副本的值  
2.将改变后的副本的值从工作内存刷新到主内存   
线程读volatile变量的过程：  
1.从主内存中读取volatile变量的最新值到线程的工作内存中  
2.从工作内存中读取volatile变量的副本

volatile只能保证可见性，无法保证原子性

###    volatile适合场合 ###

要在多线程中安全的使用volatile变量，必须同时满足：

1.对变量的写入操作不依赖其当前值  
不满足：number++、count=count\*5等  
满足：boolean变量、记录温度变化的变量等  
2.该变量没有包含在具体其他变量的不变式中  
不满足：不变式 low < up  
synchronized和volatile比较

volatile不需要加锁，比synchronized更轻量级，不会阻塞线程；  
从内存可见性角度讲，volatile读相当于加锁，volatile写相当于解锁  
synchronized既能保证可见性，又能保证原子性，而volatile只能保证可见性，无法保证原子性

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