并发编程系列之变量可见性问题探究

网友投稿 560 2022-05-29

并发编程系列之变量可见性问题探究

1、什么是并发中的变量可见性问题

以例子的形式看看,定义一个变量,先用static修饰,在主线程修改之后,看看在新开的子线程里能被看到?

public class Example { private static boolean flag = true; public void testss() { new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { int i = 0; while (IfTest.flag) { i++; } System.out.println(i); } }).start(); try { TimeUnit.SECONDS.sleep(2); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } IfTest.flag = false; System.out.println("设置flag"); } }

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执行,控制台打印:

设置flag

ps:主线程对flag变量进行修改,子线程是不能看到的,所以里面一直在循环,不能打印统计数据值。然后怎么才能让并发线程看见?

方式1:使用volatile关键字

public class Example { private static volatile boolean flag = true; public void testss() { new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { int i = 0; while (IfTest.flag) { i++; } System.out.println(i); } }).start(); try { TimeUnit.SECONDS.sleep(2); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } IfTest.flag = false; System.out.println("设置flag"); } }

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控制台打印:

设置flag

72071943

方式2:使用synchronized同步锁

public class Example { private static boolean flag = true; public void testss() { new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { int i = 0; while (IfTest.flag) { synchronized (this) { i++; } } System.out.println(i); } }).start(); try { TimeUnit.SECONDS.sleep(2); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } IfTest.flag = false; System.out.println("设置flag"); } }

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控制台打印:

设置flag

86726163

2、什么是Java内存模型

解答这个问题,需要涉及到Java的内存模型,如下所示,Java内存模型及操作规范:

共享变量都是放在主内存中的

每个线程都有自己的工作内存,线程只可操作自己的工作内存

线程要操作共享变量,需要从主内存中读取到工作内存,改变值之后要从工作内存同步到主内存

Java内存模型的同步交换协议,规定了8种原子操作

原子操作:不可被中断的一个或一系列操作

lock(锁定):将主内存中的变量锁定,为一个线程所独占

unlock(解锁):将lock加的锁解除,其他的线程有机会访问此变量

read(读取):作用于主内存变量,将主内存中的变量值读取到工作内存

load(加载):作用于工作内存,将read读取到的值保存到工作内存中的变量副本

use(使用):作用于工作内存变量,将值传递给线程的代码执行引擎

assign(赋值):作用于工作内存变量,将执行引擎处理返回的值重新赋值给变量副本

store(存储):作用于工作内存变量,将变量副本的值传送到主内存中

write(写入):作用于主内存变量,将store传送过来的值写入到主内存的共享变量中

Java内存模型的同步交互协议,执行上述8种原子操作时必须满足如下规则

不允许read和load,store和write操作之一单独出现。即不允许加载或同步工作到一半。

不允许一个线程丢弃它最近的assign操作,即变量在工作内存中改变之后,必须将数据同步回主内存

不允许一个线程无原因地(无assign操作)将数据从工作内存同步到主内存中。

一个新的变量可能在主内存中诞生。

一个变量在同一个时刻只允许一条线程对其进行lock操作,但lock操作可以被同一条线程重复执行多次,多次lock之后必须要执行相同次数unlock操作,变量才会解锁

如果对一个对象进行lock操作,那么会清空工作内存变量中的值,在执行引擎使用这个变量前,需要重新执行load或assign操作初始变量的值

如果一个对象事先没有被lock,就不允许对其进行unlock操作,也不允许去unlock一个被其他线程锁住的变量。

对一个变量执行unlock操作之前,必须将此变量同步回主内存中(执行store、write)

Java内存模型的同步协议,操作规范

将一个变量从主内存复制到工作内存要顺序执行read、load操作;要将变量从工作内存同步回主内存要用store、write操作。只要求顺序执行,不一定是连续执行

图引用网上资料:

3、保证变量可见性的方法

final变量

synchronized

volatile修饰

4、Synchronized怎么做到可见性

synchronized语义规范:

进入同步块前,先清空工作内存中的共享变量,从主内存加载

解锁前,必须将修改的共享变量同步回主内存

synchronized是如何做到线程安全的?

锁机制保护共享资源,只有获得锁的线程才能操作共享资源

synchronized语义规范保证了修改共享资源后,会同步回主内存,就做到了线程安全

5、volatile关键字解密

volatile语义规范:

使用volatile变量时,必须重新从主内存加载到工作内存,并且read、load是连续的

修改volatile变量后,必须马上同步回主内存,并且store、write是连续的

volatile可以做到线程安全?

不能,因为volatile没有锁机制,线程是可以并发操作共享资源的

volatile相对synchronized有什么优点?

使用volatile比synchronized简单

volatile性能比synchronized好

volatile的使用场景?

volatile只能修饰成员变量

在多线程并发的场景才使用

volatile支持并发编程三大特效?

并发编程三大特效:原子性、有序性、可见性。

可见性:volatile和synchronized关键字一样,都可以保证可见性

有序性:volatile可以保证有序性,避免指令编排的情况,依赖于操作系统的内存屏障

原子行 :volatile只能保证单个操作的原子性,不能保证一系列操作的原子性,不能保证线程安全,所以说volatile不能保证原则性

Java 任务调度

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