JMM和Volatile初步学习笔记

刺骨的言语ヽ痛彻心扉 2023-02-27 10:42 2阅读 0赞

#### Volatile的理解 ####

volatile是java虚拟机提供的轻量级的同步机制  
1.保证可见性  
2.不保证原子性  
3.禁止指令重排

#### JMM：java内存模型，不存在，是一个约定。 ####

JMM同步的约定  
1.线程解锁前：必须把工作内存中的变量刷新回主内存  
2.线程加锁前：必须把主内存中的变量加载到自己工作内存中  
3.加锁和解锁是同一把锁  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3BfeGlhb3hpYW8_size_16_color_FFFFFF_t_70]

##### 内存交互操作 #####

内存交互操作有8种，虚拟机实现必须保证每一个操作都是原子的，不可在分的  
lock （锁定）：作用于主内存的变量，把一个变量标识为线程独占状态  
unlock （解锁）：作用于主内存的变量，它把一个处于锁定状态的变量释放出来，释放后的变量才可以被其他线程锁定  
read （读取）：作用于主内存变量，它把一个变量的值从主内存传输到线程的工作内存中，以便随后的load动作使用  
load （载入）：作用于工作内存的变量，它把read操作从主存中变量放入工作内存中  
use （使用）：作用于工作内存中的变量，它把工作内存中的变量传输给执行引擎，每当虚拟机遇到一个需要使用到变量的值，就会使用到这个指令  
assign （赋值）：作用于工作内存中的变量，它把一个从执行引擎中接受到的值放入工作内存的变量副本中  
store （存储）：作用于主内存中的变量，它把一个从工作内存中一个变量的值传送到主内存中，以便后续的write使用  
write 　（写入）：作用于主内存中的变量，它把store操作从工作内存中得到的变量的值放入主内存的变量中

JMM对这八种指令的使用，制定了如下规则：  
不允许read和load、store和write操作之一单独出现。即使用了read必须load，使用了store必须write  
不允许线程丢弃他最近的assign操作，即工作变量的数据改变了之后，必须告知主存  
不允许一个线程将没有assign的数据从工作内存同步回主内存  
一个新的变量必须在主内存中诞生，不允许工作内存直接使用一个未被初始化的变量。就是怼变量实施use、store操作之前，必须经过assign和load操作  
一个变量同一时间只有一个线程能对其进行lock。多次lock后，必须执行相同次数的unlock才能解锁  
如果对一个变量进行lock操作，会清空所有工作内存中此变量的值，在执行引擎使用这个变量前，必须重新load或assign操作初始化变量的值  
如果一个变量没有被lock，就不能对其进行unlock操作。也不能unlock一个被其他线程锁住的变量  
对一个变量进行unlock操作之前，必须把此变量同步回主内存

##### 以上是JMM主存与工作内存如何交互的，8中指令及规则。但是存在一个问题，如果线程A拿到主存中的flag,线程B也同样拿到，并且修改了falg的值。线程A不知道，出现了问题，代码演示如下 #####

public class JMMDemo { 
        private static boolean flag = true;
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
            new Thread(()->{ 
                while (flag){ 
    
                }
            }，"A").start();
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
    
            flag = false;
            System.out.println("结束");
        }
    }

设置一个flag = true,开启一个线程进入循环，主线程修改flag的值为false,开启的线程则应该停止但是运行结果打印结束程序未停止。说明线程A对主线程是不可见的。

##### 那么我们如何保证它的可见性呢？volatile #####

private volatile static boolean flag = true;

这样主线程修改flag的值，线程A就会停止循环

#### 我们继续看volatile的不保证原子性 ####

public class VolatileTest { 
        private static int num = 0;
        public static void add(){ 
            num++;
        }
        public static void main(String[] args) { 
            for (int i = 1; i <= 10; i++) { 
                new Thread(()->{ 
                    for (int j = 0; j < 100; j++) { 
                        add();
                    }
                }).start();
            }
            //主线程和GC垃圾回收线程为2，大于2线程礼让
            while (Thread.activeCount()>2){ 
                Thread.yield();
            }
            System.out.println(num);
        }
    }

结果达不到1000，我们可以在方法上加锁，能够达到1000，去掉锁，在num上加关键字volatile，发现它还是达不到1000.说明它是没有原子性的，我们除了加锁外还有没有其他方法保证它的原子性呢？

##### 使用原子类，atomicInteger.getAndIncrement()加一的操作，底层为CAS #####

public class VolatileTest { 
        private static AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();
        public static void add(){ 
            atomicInteger.getAndIncrement();
        }
        public static void main(String[] args) { 
            for (int i = 1; i <= 10; i++) { 
                new Thread(()->{ 
                    for (int j = 0; j < 100; j++) { 
                        add();
                    }
                }).start();
            }
            while (Thread.activeCount()>2){ 
                Thread.yield();
            }
            System.out.println(atomicInteger);
        }
    }

##### 禁止指令重排，内存屏障，CPU指令保证其顺序 #####

编译器优化重排  
并行指令重排  
内存系统重排

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