三、java多线程基础之java内存模型(JMM)

一、多线程的三大特性

1.原子性:即一个操作或者多个操作 要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断,要么就都不执行。

一个很经典的例子就是银行账户转账问题:
比如从账户A向账户B转1000元,那么必然包括2个操作:从账户A减去1000元,往账户B加上1000元。这2个操作必须要具备原子性才能保证不出现一些意外的问题。

我们操作数据也是如此,比如i = i+1;其中就包括,读取i的值,计算i,写入i。这行代码在Java中是不具备原子性的,则多线程运行肯定会出问题,所以也需要我们使用同步和lock这些东西来确保这个特性了。

原子性其实就是保证数据一致、线程安全一部分,

2.可见性:当多个线程访问同一个变量时,一个线程修改了这个变量的值,其他线程能够立即看得到修改的值。若两个线程在不同的cpu,那么线程1改变了i的值还没刷新到主存,线程2又使用了i,那么这个i值肯定还是之前的,线程1对变量的修改线程没看到这就是可见性问题。

3.有序性:程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。一般来说处理器为了提高程序运行效率,可能会对输入代码进行优化,它不保证程序中各个语句的执行先后顺序同代码中的顺序一致,但是它会保证程序最终执行结果和代码顺序执行的结果是一致的。如下:

int a = 10;    //语句1

int r = 2;    //语句2

a = a + 3;    //语句3

r = a*a;     //语句4

则因为重排序,他还可能执行顺序为 2-1-3-4,1-3-2-4
但绝不可能 2-1-4-3,因为这打破了依赖关系。
显然重排序对单线程运行是不会有任何问题,而多线程就不一定了,所以我们在多线程编程时就得考虑这个问题了。

二、java内存模型

1.共享内存模型指的就是Java内存模型(简称JMM),JMM决定一个线程对共享变量的写入时,能对另一个线程可见。从抽象的角度来看,JMM定义了线程和主内存之间的抽象关系:线程之间的共享变量存储在主内存(main memory)中,每个线程都有一个私有的本地内存(local memory),本地内存中存储了该线程以读/写共享变量的副本。本地内存是JMM的一个抽象概念,并不真实存在。它涵盖了缓存,写缓冲区,寄存器以及其他的硬件和编译器优化。

2.图片

从上图来看,线程A与线程B之间如要通信的话,必须要经历下面2个步骤:

2.1. 首先,线程A把本地内存A中更新过的共享变量刷新到主内存中去。

2.2. 然后,线程B到主内存中去读取线程A之前已更新过的共享变量。

3.下面通过示意图来说明这两个步骤:

3.1.如上图所示,本地内存A和B有主内存中共享变量x的副本。假设初始时,这三个内存中的x值都为0。线程A在执行时,把更新后的x值(假设值为1)临时存放在自己的本地内存A中。当线程A和线程B需要通信时,线程A首先会把自己本地内存中修改后的x值刷新到主内存中,此时主内存中的x值变为了1。随后,线程B到主内存中去读取线程A更新后的x值,此时线程B的本地内存的x值也变为了1。

从整体来看,这两个步骤实质上是线程A在向线程B发送消息,而且这个通信过程必须要经过主内存。JMM通过控制主内存与每个线程的本地内存之间的交互,来为java程序员提供内存可见性保证。

4.总结

什么是Java内存模型:java内存模型简称jmm义了一个线程另一个线程可见。共享变量存放在主内存中,每个线程都有自己的本地内存,多个线程同时访问一个数据的时候,可能本地内存没有及时刷新到主内存,所以就会发生线程安全问题。

三、什么是volatile

1.可见性也就是说一旦某个线程修改了该被volatile修饰的变量,它会保证修改的值会立即被更新到主存,当有其他线程需要读取时,可以立即获取修改之后的值。

2.在Java中为了加快程序的运行效率,对一些变量的操作通常是在该线程的寄存器或是CPU缓存上进行的,之后才会同步到主存中,而加了volatile修饰符的变量则是直接读写主存。

3.Volatile 保证了线程间共享变量的及时可见性,但不能保证原子性。

class ThreadVolatileDemo extends Thread {
    public  volatile  boolean flag = true;
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("开始执行子线程....");
        while (flag) {
        }
        System.out.println("线程停止");
    }
    public void setRuning(boolean flag) {
        this.flag = flag;
    }
}
public class ThreadVolatile {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ThreadVolatileDemo threadVolatileDemo = new ThreadVolatileDemo();
        threadVolatileDemo.start();
        Thread.sleep(3000);
        threadVolatileDemo.setRuning(false);
        System.out.println("flag 已经设置成false");
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println(threadVolatileDemo.flag);
    }
}

4.结果

4.1.结果(加volatile)

开始执行子线程....
flag 已经设置成false
线程停止
false开始执行子线程....
flag 已经设置成false
线程停止
false

4.2.结果(不加volatile,已经将结果设置为fasle为什么?还一直在运行呢。原因:线程之间是不可见的,读取的是副本,没有及时读取到主内存结果。解决办法使用Volatile关键字将解决线程之间可见性, 强制线程每次读取该值的时候都去"主内存"中取值

开始执行子线程....
flag 已经设置成false
false

四、Volatile与Synchronized区别

1.从而我们可以看出volatile虽然具有可见性但是并不能保证原子性。

2.性能方面,synchronized关键字是防止多个线程同时执行一段代码,就会影响程序执行效率,而volatile关键字在某些情况下性能要优于synchronized。

3.但是要注意volatile关键字是无法替代synchronized关键字的,因为volatile关键字无法保证操作的原子性。

五、结束

1.always keep the faith!!!

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