java多執行緒——深入瞭解Java記憶體模型與volatile含義

介紹volatile的含義之前，我們先了解下Java的記憶體模型，我們的應用程式在執行的時候，計算在CPU中，資料儲存在記憶體中，但是實際上CPU的計算能力遠遠超過了記憶體的存取速度，為了更好配合CPU的處理速度，在CPU與記憶體之間增加一個快取記憶體，CPU只從Cache中獲取資料。這樣的話，就會存在一個問題，Memory中的資料與Cache中資料存在一致性的問題。

針對這種資料不一致性的問題，目前的解決方案就是透過快取一致性協議來解決。主要思想噴把有就是當CPU寫資料時，如果該變作機量是共享變數，就是這個變數也存在其他CPU中，那麼就會去通知其他CPU該變數在Cahce中快取無效磷鉛量了，當其他CPU要讀取這個變數的時候，發現變數狀態無效，就會到記憶體中讀取。

Java記憶體模型

Java虛擬機器規範定義一種Java記憶體模型（Java Memory Model，JMM）來遮蔽掉硬體環境帶來的差異，確保java程式能夠正常執行在多個平臺上。

JMM規定：

所有的變數必須存在主記憶體中，每個執行緒都有自身的工作記憶體。

工作記憶體儲存了主記憶體中所有變數的複製，執行緒對這些變數操作都在自身執行緒中完成，不能直接讀寫主記憶體。

執行緒之間無法訪問對方工作記憶體中內容，執行緒之間變數傳遞需要在工作記憶體和主存之間傳遞，都必須經過主記憶體

JMM規範定義了執行緒工作記憶體與主存之間的儲存關係之後，還要保證在併發程式設計環境下的原子性，可見性，有序性

原子性

在Java語言，對基本資料型別的變數的讀取和賦值操作是原子性操作，即這些操作是不可被中斷的，要麼執行，要麼不執行。說說對這句話的理解，以下圖為例：

以這四個語句為例，其中具備原子性的語句是哪一個呢？如果說全部都是的話，可能對Java原子性的含義理解不夠，要理解“對基本資料型別的變數的讀取和賦值操作是原子性操作”，也就說讀取與賦值才是原子性的，其他均不是。也就是隻有x=1是原子性。x++，需要讀取x的值然後+1，然後再賦值回x中。y=x，需要讀取x的值，複製到y中，y++與x++一樣，以上語句都是多個賦值與讀取語句組合而成。

所以可以透過synchronized和Lock來實現，對語句和程式碼塊的原子性。由於synchronized和Lock能夠保證任一時刻只有一個執行緒執行該程式碼塊，這樣也就保證了原子性。

可見性

可見性是指當多個執行緒訪問同一個變數時，一旦出現某一個執行緒修改了這個變數的值，那麼其他執行緒能夠立即看得到修改的值。java中使用volatile關鍵字來保證可見性。其主要原理：一個變數被volatile修飾的時候，它的變化立即會更新到主存中，其他執行緒讀取該變數的時候就會去主存中讀取，類似與快取一致性的原理。這裡看出volatile不具備鎖的功能，只是告訴執行緒，一旦變數變化，要去主存中讀取

有序性

在Java記憶體模型中，允許編譯器和處理器對指令進行重排序，指令重排主要是能夠確保執行速度更快，但是重排序過程不會影響到單執行緒程式的執行，但是在多執行緒併發執行過程就會有影響。如下圖：

在多執行緒環境，加入初始化x=1；那麼在多執行緒環境下，就2個執行緒執行條件下，無法保證x最後是1還是2。因為執行順序無法確定。

但是可以透過synchronized和Lock來保證有序性，很顯然，synchronized和Lock保證每個時刻是有一個執行緒執行同步程式碼，相當於是讓執行緒順序執行同步程式碼，自然就保證了有序性。

volatile關鍵字的底層原理

一個變數被volatile修飾之後，在多執行緒環境下，一旦有一個執行緒將這個變數做了修改，就會同步到主存中，那麼其他執行緒在獲取的時候，都會從主存中讀取。這個是如何實現的呢？

“觀察加入volatile關鍵字和沒有加入volatile關鍵字時所生成的彙編程式碼發現，加入volatile關鍵字時，會多出一個lock字首指令”這個是《深入理解Java虛擬機器》中的一句話。lock字首指令實際上相當於一個記憶體屏障。它意味著：

1）該指令不會發生重排序。確保指令重排序時不會把其後面的指令排到記憶體屏障之前的位置，也不會把前面的指令排到記憶體屏障的後面。比如下圖：

比如flag=true這個語句，一定會在語句1，語句2之後（不管語句1和語句2的執行順序），一定會在語句4，語句5之後（不管語句4和語句5順序）

2）它會強制將對快取的修改操作立即寫入主存，這是在彙編指令這一級就規定的了；

3）如果是寫操作，它會導致其他CPU中對應的快取行無效，這樣的話，在CPU讀取的時候，一定要去主存中獲取資料

總結

1。java記憶體模型內容。

2。併發程式設計的原子性，可見性，有序性。對指令重排需要重點理解

3。volatile修飾變數，確保修改之後，其他執行緒能夠知道。

ps：如果您覺得對文章對您有幫助，歡迎點贊，收藏和關注，這將是對我最大肯定