java并发编程之volatile

阳光穿透心脏的1/2处 2023-08-17 16:41 138阅读 0赞

首先是一段简单的多线程代码

public class VolatileTest {
    
        private boolean flag = true;
    
        public boolean isFlag() {
            return flag;
        }
    
        public void setFlag(boolean flag) {
            this.flag = flag;
        }
    
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException, IOException {
            VolatileTest volatileTest = new VolatileTest();
            Thread thread =new Thread(() -> {
                int i = 1;
                while (volatileTest.isFlag()){
                    i++;
                }
                System.out.println(i);
            });
            thread.start();
            Thread.sleep(2000);
            volatileTest.setFlag(false);
            System.out.println("设置结束标示");
    
        }
    
    }

运行main方法后，我们发现线程并不能被有效的终止，这其中有两个原因：1、cpu高速缓存2、JIT优化

在java中，我们通常把线程独享的区域称为工作内存(栈)，而把线程共享的区域称为主内存(堆)，现代cpu为了提升处理效率，会在cpu和内存之间添加三级cpu高速缓存，因为cpu高速缓存，导致线程中不能读取到共享变量的变化（短时间内),导致可见性问题，而JIT编译器则会对我们的代码进行优化，查看JIT优化后的汇编代码，可以使用JITwatch(当然前提是看得懂汇编)，优化后的伪代码大概是这样

boolean f = demo1.flag;
    if(f){
      while(true) {
        i++;
      }
    }

这两个原因导致demo中的线程不能正确终止，除了给flag变量添加volatile关键字，我们还可以使用以下手段

1、如果是32的jdk，则可以在运行参数上加上-client，客户端模式中jdk不会对我们的代码进行JIT优化

2、64位jdk没有client运行模式，client和server的主要区别在于JIT优化,server模式下可以通过-Djava.compier=NONE关闭JIT优化

3、使用synchronized关键字,所有同步操作都必须保证原子性和可见性，所以在同步块中发生的变化会立马写回主存，我们需要对修改flag值和读取flag值的代码进行同步

4、while循环中，调用sleep()方法或者ew byte\[1024\*1024\*1\]，让出cpu，JVM针对现在的硬件水平已经做了很大程度的优化，基本上很大程度的保障了工作内存和主内存的及时同步，相当于默认使用了volatile。但只是最大程度！在CPU资源一直被占用的时候，工作内存与主内存中间的同步，也就是变量的可见性就会不那么及时。CPU一直被占用的时候，数据的可见性得不到很好的保证，就像上面的程序一直循环做i++;运算占用CPU，而如果调用sleep()或者new byte\[1024\*1024\*1\]操作来说，CPU已经不是主要占时间的操作，真正的耗时应该在内存的分配上（因为CPU的处理速度明显快过内存，不然也不会有CPU的寄存器了），所以CPU空闲后会遵循JVM优化基准，尽可能快的保证数据的可见性，从而从主存同步is变量到工作内存，最终导致程序结束。

JVM指令重排序遵从if-as-serial ，即保证单个cpu中最终结果不变，多cpu多线程时，多个内存区间进行交互势必会有问题。为了解决这个问题，java语言提出内存模型的相关规范，定义了程序在每个点上可以读取到什么值，官网文档地址:[https://docs.oracle.com/javase/specs/jls/se8/html/jls-17.html\#jls-17.4][https_docs.oracle.com_javase_specs_jls_se8_html_jls-17.html_jls-17.4]。

java内存模型的定义

![1105132-20190906175920348-723406564.png][]

happen-before原则(先发生先生效)

![1105132-20190906180116374-1423111788.png][]

JVM规范对volatile的定义，官网文档地址:[https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-4.html][https_docs.oracle.com_javase_specs_jvms_se8_html_jvms-4.html]，通过javap命令反编译字节码文件，反编译后可以看到volatile变量有 ACC\_VOLATILE访问控制符，在JVM规范中，可以看到对ACC\_VOLATILE访问控制符修饰的变量是禁用缓存的。

综合下来，volatile关键字，根据java内存模型规范，对volatile变量v的写操作，对其它线程后续对v的读操作保持可见，为了满足规范，JIT有时候就不会对volatile修饰的变量进行优化，也就是不进行指令重排序；根据jvm规范，volatile变量v读操作总是能及时读取到主内存的最新值。

转载于:https://www.cnblogs.com/hhhshct/p/11477652.html

[https_docs.oracle.com_javase_specs_jls_se8_html_jls-17.html_jls-17.4]: https://docs.oracle.com/javase/specs/jls/se8/html/jls-17.html#jls-17.4
[1105132-20190906175920348-723406564.png]: /images/20230809/e6346a0c9f0240b189ba59e7c7cdb87e.png
[1105132-20190906180116374-1423111788.png]: /images/20230809/cc9df8dce6164420b25c3bbc5491527a.png
[https_docs.oracle.com_javase_specs_jvms_se8_html_jvms-4.html]: https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-4.html