并发编程三大特性：2、可见性（什么是可见性、解决可见性的方式）

墨蓝 2024-03-22 18:22 179阅读 0赞

**目录**

2.1 什么是可见性

2.2 解决可见性的方式

--------------------

#### 2.1 什么是可见性 ####

可见性问题是基于CPU位置出现的，CPU处理速度非常快，相对CPU来说，去主内存获取数据这个事情太慢了，CPU就提供了L1，L2，L3的三级缓存，每次去主内存拿完数据后，就会存储到CPU的三级缓存，每次去三级缓存拿数据，效率肯定会提升。

这就带来了问题，现在CPU都是多核，每个线程的工作内存（CPU三级缓存）都是独立的，会告知每个线程中做修改时，只改自己的工作内存，没有及时的同步到主内存，导致数据不一致问题。

![d27c6b9faac58414bbf3af6051d1afdb.png][]

可见性问题的代码逻辑

private static boolean flag = true;
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            while (flag) {
                // ....
            }
            System.out.println("t1线程结束");
        });
    
        t1.start();
        Thread.sleep(10);
        flag = false;
        System.out.println("主线程将flag改为false");
    }

#### 2.2 解决可见性的方式 ####

2.2.1 volatile

volatile是一个关键字，用来修饰成员变量。

如果属性被volatile修饰，相当于会告诉CPU，对当前属性的操作，不允许使用CPU的缓存，必须去和主内存操作

volatile的内存语义：

*  volatile属性被写：当写一个volatile变量，JMM会将当前线程对应的CPU缓存及时的刷新到主内存中
 *  volatile属性被读：当读一个volatile变量，JMM会将对应的CPU缓存中的内存设置为无效，必须去主内存中重新读取共享变量

其实加了volatile就是告知CPU，对当前属性的读写操作，不允许使用CPU缓存，加了volatile修饰的属性，会在转为汇编之后后，追加一个lock的前缀，CPU执行这个指令时，如果带有lock前缀会做两个事情：

*  将当前处理器缓存行的数据写回到主内存
 *  这个写回的数据，在其他的CPU内核的缓存中，直接无效。

**总结：volatile就是让CPU每次操作这个数据时，必须立即同步到主内存，以及从主内存读取数据。**

private volatile static boolean flag = true;
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            while (flag) {
                // ....
            }
            System.out.println("t1线程结束");
        });
    
        t1.start();
        Thread.sleep(10);
        flag = false;
        System.out.println("主线程将flag改为false");
    }

2.2.2 synchronized

synchronized也是可以解决可见性问题的，synchronized的内存语义。

如果涉及到了synchronized的同步代码块或者是同步方法，获取锁资源之后，将内部涉及到的变量从CPU缓存中移除，必须去主内存中重新拿数据，而且在释放锁之后，会立即将CPU缓存中的数据同步到主内存。

private static boolean flag = true;
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            while (flag) {
                synchronized (MiTest.class){
                    //...
                }
                System.out.println(111);
            }
            System.out.println("t1线程结束");
    
        });
    
        t1.start();
        Thread.sleep(10);
        flag = false;
        System.out.println("主线程将flag改为false");
    }

2.2.3 Lock

Lock锁保证可见性的方式和synchronized完全不同，synchronized基于他的内存语义，在获取锁和释放锁时，对CPU缓存做一个同步到主内存的操作。

Lock锁是基于volatile实现的。Lock锁内部再进行加锁和释放锁时，会对一个由volatile修饰的state属性进行加减操作。

如果对volatile修饰的属性进行写操作，CPU会执行带有lock前缀的指令，CPU会将修改的数据，从CPU缓存立即同步到主内存，同时也会将其他的属性也立即同步到主内存中。还会将其他CPU缓存行中的这个数据设置为无效，必须重新从主内存中拉取。

private static boolean flag = true;
    private static Lock lock = new ReentrantLock();
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            while (flag) {
                lock.lock();
                try{
                    //...
                }finally {
                    lock.unlock();
                }
            }
            System.out.println("t1线程结束");
    
        });
    
        t1.start();
        Thread.sleep(10);
        flag = false;
        System.out.println("主线程将flag改为false");
    }

2.2.4 final

final修饰的属性，在运行期间是不允许修改的，这样一来，就间接的保证了可见性，所有多线程读取final属性，值肯定是一样。

final并不是说每次取数据从主内存读取，他没有这个必要，而且final和volatile是不允许同时修饰一个属性的

final修饰的内容已经不允许再次被写了，而volatile是保证每次读写数据去主内存读取，并且volatile会影响一定的性能，就不需要同时修饰。

![af166cc6540d238413d4fcf58770f2a8.png][]

[d27c6b9faac58414bbf3af6051d1afdb.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/18/7528c9cf57af4f2ca50edcd87f01601f.png
[af166cc6540d238413d4fcf58770f2a8.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/18/18138e8462be4c7fb1c0df3804d5afa8.png