synchronized和volatile区别,看了这篇文章,你还敢说你了解volatile关键字吗?
synchronized和volatile区别,看了这篇文章,你还敢说你了解volatile关键字吗?详细介绍
本文目录一览: synchronized和volatile区别
1、关键字不同
volatile 关键字是线程同步的轻量级实现,所以 volatile 性能肯定比synchronized关键字要好 。但是 volatile 关键字只能用于变量而 synchronized 关键字可以修饰方法以及代码块 。
2、修饰功能不同
volatile只能修饰变量,synchronized可以修饰方法、代码块。
3、线程阻塞情况不同
volatile不会造成线程的阻塞;synchronized可能会造成线程的阻塞。
4、原子性不同
volatile保证数据的可见性,但不能保证原子性;而synchronized可以保证原子性,也可以间接保证可见性,因为它会将私有内存中和公共内存中的数据做同步。
synchronized和volatile关键字的区别
1、想知道这两个关键字的区别,首先要知道线程安全的两个方面:执行控制和内存可见。
1)执行控制的目的是控制代码执行(顺序)及是否可以并发执行。
2)内存可见控制的是线程执行结果在内存中对其它线程的可见性。根据Java内存模型的实现,线程在具体执行时,会先拷贝主存数据到线程本地(CPU缓存),操作完成后再把结果从线程本地刷到主存。
2、synchronized关键字解决的是执行控制的问题,它会阻止其它线程获取当前对象的监控锁,这样就使得当前对象中被synchronized关键字保护的代码块无法被其它线程访问,也就无法并发执行。更重要的是,synchronized还会创建一个内存屏障,内存屏障指令保证了所有CPU操作结果都会直接刷到主存中,从而保证了操作的内存可见性,同时也使得先获得这个锁的线程的所有操作,都happens-before于随后获得这个锁的线程的操作。
3、volatile关键字解决的是内存可见性的问题,会使得所有对volatile变量的读写都会直接刷到主存,即保证了变量的可见性。这样就能满足一些对变量可见性有要求而对读取顺序没有要求的需求。
区别:
1、volatile本质是在告诉jvm当前变量在寄存器(工作内存)中的值是不确定的,需要从主存中读取; synchronized则是锁定当前变量,只有当前线程可以访问该变量,其他线程被阻塞住。
2、volatile仅能使用在变量级别;synchronized则可以使用在变量、方法、和类级别的
3、volatile仅能实现变量的修改可见性,不能保证原子性;而synchronized则可以保证变量的修改可见性和原子性
4、volatile不会造成线程的阻塞;synchronized可能会造成线程的阻塞。
5、volatile标记的变量不会被编译器优化;synchronized标记的变量可以被编译器优化
java中valotile和synchronzed哪个更快,哪个更安全。为什么?
Java 语言中的 volatile 变量可以被看作是一种 “程度较轻的 synchronized”;与 synchronized 块相比,volatile 变量所需的编码较少,并且运行时开销也较少,但是它所能实现的功能也仅是 synchronized 的一部分
valotile更快,valotile没有加锁的,算是轻量经的同步机制,只是确保变量的更新操作通知到其他纯种,valotile通常用在标记变量上 ,有时valotile和synchronzed可以配合使用
Java语言包含两哪些同步机制
Java 语言包含两种内在的同步机制(都是为了实现代码线程的安全性):
(1)同步块(或方法)。即被synchronized 修饰的变量和方法。
(2) volatile 变量。 Volatile 变量的同步性较差(但有时它更简单并且开销更低),而且其使用也更容易出错。Java 语言中的 volatile 变量可以被看作是一种 “程度较轻的 synchronized”;与 synchronized 块相比,volatile 变量所需的编码较少,并且运行时开销也较少,但是它所能实现的功能也仅是 synchronized 的一部分。
正确使用volatile的条件:
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。
条件解释:
在使用volatile关键字时要慎 重,并不是只要简单类型变量使用volatile修饰,对这个变量的所有操作都是原来操作,当变量的值由自身的上一个决定时,如n=n+1、n++ 等,volatile关键字将失效,只有当变量的值和自身上一个值无关时对该变量的操作才是原子级别的,如n = m + 1,这个就是原级别的。所以在使用volatile关键时一定要谨慎,如果自己没有把握,可以使用synchronized来代替volatile。
描述static, final, synchronized, volatile的作用
static : 在程序中任何变量或者代码都是在编译时由系统自动分配内存来存储的,而所谓静态就是指在编译后所分配的内存会一直存在,直到程序退出内存才会释放这个空间,也就是只要程序在运行,那么这块内存就会一直存在
final : 用final修饰一个类就表明这个类不能被继承,对于一个final变量,如果是基本数据类型的变量,则其数值一旦在初始化之后便不能更改
synchronized: 用来修饰一个方法或者一个代码块的时候,能够保证在同一时刻最多只有一个线程执行该段代码
volatile : 修饰的成员变量在每次被线程访问时,都强迫从共享内存中重读该成员变量的值。而且,当成员变量发生变化时,强迫线程将变化值回写到共享内存。
线程:就相当于程序有两个main函数同时运行
还不明白哪里请回复
java里volatile关键字有什么特性?
Java语言中关键字 volatile 被称作轻量级的 synchronized,与synchronized相比,volatile编码相对简单且运行的时的开销较少,但能够正确合理的应用好 volatile 并不是那么的容易,因为它比使用锁更容易出错,接下来本文主要介绍 volatile 的使用准则,以及使用过程中需注意的地方。
为何使用volatile?
(1)简易性:在某些需要同步的场景下使用volatile变量要比使用锁更加简单
(2)性能:在某些情况下使用volatile同步机制的性能要优于锁
(3)volatile操作不会像锁一样容易造成阻塞
volatile特性
(1)volatile 变量具有 synchronized 的可见性特性,及如果一个字段被声明为volatile,java线程内存模型确保所有的线程看到这个变量的值是一致的
(2)禁止进行指令重排序
(3)不保证原子性
注:
① 重排序:重排序通常是编译器或运行时环境为了优化程序性能而采取的对指令进行重新排序执行的一种手段
② 原子性:不可中断的一个或一系列操作
③ 可见性:锁提供了两种主要特性:互斥和可见性,互斥即一次只允许一个线程持有某个特定的锁,因此可使用该特性实现对共享数据的协调访问协议,这样,一次就只有一个线程能够使用该共享数据。可见性要更加复杂一些,它必须确保释放锁之前对共享数据做出的更改对于随后获得该锁的另一个线程是可见的。
volatile的实现原理
如果对声明了volatile的变量进行写操作,JVM就会向处理器发送一条Lock前缀的指令,该Lock指令会使这个变量所在缓存行的数据回写到系统内存,根据缓存一致性协议,每个处理器都会通过嗅探在总线上传输的数据来检查自己缓存的值是否已过期,当处理器发现自己的缓存行对应的地址被修改,就会将当前处理器的缓存行设置成无效状态,在下次访问相同内存地址时,强制执行缓存行填充。
正确使用volatile的场景
volatile 主要用来解决多线程环境中内存不可见问题。对于一写多读,是可以解决变量同步问题,但是如果多写,就无法解决线程安全问题。如:
1、不适合使用volatile的场景(非原子性操作)
(1)反例
private static volatile int nextSerialNum = 0;
public static long generateSerialNum() {
return nextSerialNum++;
}
这个方法的目的是要确保每次调用都返回不同的自增值,然而结果并不理想,问题在于增量操作符(++)不是原子操作,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,如果第二个线程在第一个线程读取旧值和写回新值期间读取这个域,第二个线程与第一个线程就会读取到同一个值。
(2)正例
其实面对上面的反例场景可以使用JDK1.5 java.util.concurrent.atomic中提供的原子包装类型来保证原子性操作
private static AtomicInteger nextSerialNum = new AtomicInteger(0);
public static long generateSerialNum() {
return nextSerialNum.getAndIncrement();
}
2、适合使用volatile的场景
在日常工作当中volatile大多被在状态标志的场景当中,如:
要通过一个线程来终止另外一个线程的场景
(1)反例
private static boolean stopThread;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread th = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
int i = 0;
while (!stopThread) {
i++;
}
}
});
th.start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
stopThread = true;
}
运行后发现该程序根本无法终止循环,原因是,java语言规范并不保证一个线程写入的值对另外一个线程是可见的,所以即使主线程main函数修改了共享变量stopThread状态,但是对th线程并不一定可见,最终导致循环无法终止。
(2)正例
private static volatile boolean stopThread;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread th = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
int i = 0;
while (!stopThread) {
i++;
}
}
});
th.start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
stopThread = true;
}
通过使用关键字volatile修饰共享变量stopThread,根据volatile的可见性原则可以保证主线程main函数修改了共享变量stopThread状态后对线程th来说是立即可见的,所以在两秒内线程th将停止循环。
如何理解volidate不保证原子性
synchronized和volidate的区别在于synchronized提供了原子性 而volidate却没有该特性。
理解volidate的特性最好是:把对volatile变量的单个读/写,看成是使用同一个监视器锁对这些单个读/写操作做了同步
class VolidateExample{
private volidate long var = 1L;
private long getVar(){
return var;
}
private void getAndIncrement(){
var ++;
}
private void setVar(long var){
this.var = var;
}
}
若多线程访问VolidateExample ,程序语义和如下一样
class MultiVolidateExample{
private long var = 1L;
private synchronized long getVar(){
return var;
}
private void getAndIncrement(){
//var++和下方语义一样
var = getVar();
var += 1L;
set(var);
}
private synchronized void setVar(long var){
this.var = var;
}
}
由程序可以发现问题所在:对一个volatile变量的单个读/写操作,与对一个普通变量的读/写操作使用同一个监视器锁来同步,它们之间的执行效果相同。由happens-before规则的内存可见性保证了对一个volatile变量的读,总是能看到(任意线程)对这个volatile变量最后的写入。
什么场景下可以使用volatile替换synchronized
恐怕比较一下volatile和synchronized的不同是最容易解释清楚的。volatile是变量修饰符,而synchronized则作用于一段代码或方法;看如下三句get代码:1.inti1;intgeti1(){returni1;}2.volatileinti2;intgeti2(){returni2;}3.inti3;synchronizedintgeti3(){returni3;} geti1()得到存储在当前线程中i1的数值。多个线程有多个i1变量拷贝,而且这些i1之间可以互不相同。换句话说,另一个线程可能已经改变了它线程内的i1值,而这个值可以和当前线程中的i1值不相同。事实上,Java有个思想叫“主”内存区域,这里存放了变量目前的“准确值”。每个线程可以有它自己的变量拷贝,而这个变量拷贝值可以和“主”内存区域里存放的不同。因此实际上存在一种可能:“主”内存区域里的i1值是1,线程1里的i1值是2,线程2里的i1值是3——这在线程1和线程2都改变了它们各自的i1值,而且这个改变还没来得及传递给“主”内存区域或其他线程时就会发生。 而geti2()得到的是“主”内存区域的i2数值。用volatile修饰后的变量不允许有不同于“主”内存区域的变量拷贝。换句话说,一个变量经volatile修饰后在所有线程中必须是同步的;任何线程中改变了它的值,所有其他线程立即获取到了相同的值。理所当然的,volatile修饰的变量存取时比一般变量消耗的资源要多一点,因为线程有它自己的变量拷贝更为高效。 既然volatile关键字已经实现了线程间数据同步,又要synchronized干什么呢?呵呵,它们之间有两点不同。首先,synchronized获得并释放监视器——如果两个线程使用了同一个对象锁,监视器能强制保证代码块同时只被一个线程所执行——这是众所周知的事实。但是,synchronized也同步内存:事实上,synchronized在“主”内存区域同步整个线程的内存。因此,执行geti3()方法做了如下几步:1.线程请求获得监视this对象的对象锁(假设未被锁,否则线程等待直到锁释放)2.线程内存的数据被消除,从“主”内存区域中读入(Java虚拟机能优化此步。。。[后面的不知道怎么表达,汗])3.代码块被执行4.对于变量的任何改变现在可以安全地写到“主”内存区域中(不过geti3()方法不会改变变量值)5.线程释放监视this对象的对象锁 因此volatile只是在线程内存和“主”内存间同步某个变量的值,而synchronized通过锁定和解锁某个监视器同步所有变量的值。显然synchronized要比volatile消耗资源。
看了这篇文章,你还敢说你了解volatile关键字吗?
想要理解volatile为什么能确保可见性,就要先理解Java中的内存模型是什么样的。
Java内存模型规定了 所有的变量都存储在主内存中 。 每条线程中还有自己的工作内存,线程的工作内存中保存了被该线程所使用到的变量(这些变量是从主内存中拷贝而来) 。 线程对变量的所有操作(读取,赋值)都必须在工作内存中进行。不同线程之间也无法直接访问对方工作内存中的变量,线程间变量值的传递均需要通过主内存来完成 。
基于此种内存模型,便产生了多线程编程中的数据“脏读”等问题。
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。
比如同时有2个线程执行这段代码,假如初始时i的值为10,那么我们希望两个线程执行完之后i的值变为12。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工作内存当中,然后线程1进行加1操作,然后把i的最新值11写入到内存。此时线程2的工作内存当中i的值还是10,进行加1操作之后,i的值为11,然后线程2把i的值写入内存。
最终结果i的值是11,而不是12。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。
那么如何确保共享变量在多线程访问时能够正确输出结果呢?
在解决这个问题之前,我们要先了解并发编程的三大概念: 原子性,有序性,可见性 。
1.定义
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。
2.实例
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。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?
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。
3.Java中的原子性
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,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 = x+1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。
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。
1.定义
可见性是指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。
2.实例
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;
由上面的分析可知,当线程1执行 i =10这句时,会先把i的初始值加载到工作内存中,然后赋值为10,那么在线程1的工作内存当中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的值并加载到线程2的工作内存当中,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.Java中的可见性
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。
1.定义
有序性:即程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。
2.实例
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:
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。
3.Java中的有序性
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):
①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
②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
③volatile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
④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
⑤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
⑥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
⑦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
⑧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,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, 但是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。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 。
1.volatile保证可见性
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:
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不能确保原子性
下面看一个例子:
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*10=10000。
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,也不会导致主存中的值刷新, 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。
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。
解决方案:可以通过synchronized或lock,进行加锁,来保证操作的原子性。也可以通过AtomicInteger。
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 Swap) ,CAS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保证有序性
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变量的读操作或者写操作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:
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。
1.可见性
处理器为了提高处理速度,不直接和内存进行通讯,而是将系统内存的数据独到内部缓存后再进行操作,但操作完后不知什么时候会写到内存。
2.有序性
Lock前缀指令实际上相当于一个内存屏障(也成内存栅栏),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。
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
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;
//线程1
while(!flag){
doSomething();
}
//线程2
public void setFlag() {
flag = true;
}
根据状态标记,终止线程。
②.单例模式中的double check
为什么要使用volatile 修饰instance?
主要在于instance = new Singleton()这句,这并非是一个原子操作,事实上在 JVM 中这句话大概做了下面 3 件事情:
但是在 JVM 的即时编译器中存在指令重排序的优化。也就是说上面的第二步和第三步的顺序是不能保证的,最终的执行顺序可能是 1-2-3 也可能是 1-3-2。如果是后者,则在 3 执行完毕、2 未执行之前,被线程二抢占了,这时 instance 已经是非 null 了(但却没有初始化),所以线程二会直接返回 instance,然后使用,然后顺理成章地报错。
自己是从事了七年开发的Android工程师,不少人私下问我,2019年Android进阶该怎么学,方法有没有?
没错,年初我花了一个多月的时间整理出来的学习资料,希望能帮助那些想进阶提升Android开发,却又不知道怎么进阶学习的朋友。【 包括高级UI、性能优化、架构师课程、NDK、Kotlin、混合式开发(ReactNative+Weex)、Flutter等架构技术资料 】,希望能帮助到您面试前的复习且找到一个好的工作,也节省大家在网上搜索资料的时间来学习。