多线程之内存可见性

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多线程之内存可见性

名称解释

可见性：一个线程对共享变量值得修改，能够及时地被其他线程看到。
共享变量：如果一个变量在多个线程的工作内存中的存在副本，那么这个变量就是这几个线程的共享变量。
Java 内存模型（Java Memory Model）：描述了 Java 程序中各种变量（线程共享变量）的访问规则，以及在 JVM 中将变量存储到内存和从内存中读取出变量的底层细节。

重排序：代码书写的顺序与实际执行的顺序不同，指令重排序是编译器或处理器为了提高程序性能而做的优化。

1. 编译器优化的重排序（编译器优化）
2. 指令级并行重排序（处理器优化）
3. 内存系统的重排序（处理器优化）

as-if-serial：无论如何重排序，程序执行的结果应该与代码顺序执行的结果一致。

规则

• 线程对共享变量的所有操作都必须在自己的工作内存中进行，不能直接从主存中读写。
• 不同线程之间无法直接访问其他线程工作内存中的变量，线程间变量值得传递需要通过主内存来完成。

不可见原因

1. 线程的交叉执行
2. 重排序结合线程交叉执行
3. 共享变量未及时更新

实现方式

Java 语音层面支持两种可见性实现方式 synchronized 和 volatile。

1. synchronized

• 线程解锁前，必须把共享变量的最新值刷新到主内存中
• 线程加锁时，将清空工作内存中共享变量的值，而使用共享变量时需要从主内存中重新读取最新的值

总结：线程解锁前对共享变量的修改，在下次加锁时对其他线程可见。

2. volatile

通过加入内存屏障和禁止重排序优化来实现。

• 对 volatile 变量执行写操作时，会在写操作后加入一条 store 屏障指令
• 对 volatile 变量执行读操作时，会在写操作后加入一条 load 屏障指令

总结：volatile 变量在每次被线程访问时，都强制从主内存中重读该变量的值，而当该变量发生变化时，又会强制线程从最新的值刷新到主内存。

比较

• volatile 不需要加锁，比 synchronized 更轻量级，不会阻塞线程
• 从内存可见性角度出发，volatile 读相当于加锁，volatile 写相当于解锁
• synchronized 既能保证可见性，又能保证原子性，而 volatile 只能保证可见性，无法保证原子性

保证原子性的解决方案

1. 使用 synchronized 关键字
2. 使用 java.util.concurrent.locks.ReentrantLock
3. 使用 java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger

参考

1. 细说Java多线程之内存可见性