问题:子线程修改了某个成员变量的值,但是在主线程中读取到的还是之前的值修改后的值无法读取到。
引出问题(代码示例)public class VolatileThread extends Thread {
// 定义成员变量
private boolean flag = false ;
public boolean isFlag() { return flag;}
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 将flag的值更改为true
this.flag = true ;
System.out.println("flag=" + flag);
}
}
public class volatileTest {// 测试类
public static void main(String[] args) {
// 创建VolatileThread线程对象
VolatileThread volatileThread = new VolatileThread() ;
volatileThread.start();
// main方法
while(true) {
// 这里读取到了flag值一直是false,虽然线程已经把它的值改成了true。
if(volatileThread.isFlag()) {
System.out.println("执行了======main方法");
}
}
}
}
结果:
所有的共享变量都存储于主内存
。这里所说的变量指的是实例变量和类变量。不包含局部变量,因为局部变量是线程私有的,因此不存在竞争
问题。每一个线程还存在自己的工作内存,线程的工作内存,保留了被线程使用的变量的工作副本
。线程对变量的所有的操作(读,取)都必须在工作内存中完成,而不能直接读写主内存中的变量,不同线程之间也不能直接访问对方工作内存中的变量,线程间变量的值的传递需要通过主内存完成。原子性
、可见性
以及有序性
提供了哪些保证呢?
原子性
:在Java中,对基本数据类型的变量的读取和赋值操作是原子性操作,即这些操作是不可被中断的,要么执行,要么不执行。
可见性
:当一个共享变量被volatile修饰时,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,它会去内存中读取新值。而普通的共享变量不能保证可见性,因为普通共享变量被修改之后,什么时候被写入主存是不确定的,当其他线程去读取时,此时内存中可能还是原来的旧值,因此无法保证可见性。对于可见性,Java提供了volatile关键字来保证可见性。另外,通过synchronized和Lock也能够保证可见性,synchronized和Lock能保证同一时刻只有一个线程获取锁然后执行同步代码,并且在释放锁之前会将对变量的修改刷新到主存当中。因此可以保证可见性。
有序性
:在Java内存模型中,允许编译器和处理器对指令进行重排序,但是重排序过程不会影响到单线程程序的执行,却会影响到多线程并发执行的正确性。
问题分析
VolatileThread线程从主内存读取到数据放入其对应的工作内存
将flag的值更改为true,但是这个时候flag的值还没有写会主内存
此时main方法读取到了flag的值为false
当VolatileThread线程将flag的值写回去后,但是main函数里面的while(true)调用的是系统比较底层的代码,速度快,快到没有时间再去读取主存中的值,
所以while(true)读取到的值一直是false。(如果有一个时刻main线程从主内存中读取到了主内存中flag的最新值,那么if语句就可以执行,main线程何时从主内存中读取最新的值,我们无法控制)
问题处理
方案一:加锁
// main方法
while(true) {
synchronized (volatileThread) {
if(volatileThread.isFlag()) {
System.out.println("执行了======main方法");
}
}
}
某一个线程进入synchronized代码块前后,执行过程入如下:
a.线程获得锁
b.清空工作内存
c.从主内存拷贝共享变量最新的值到工作内存成为副本
d.执行代码
e.将修改后的副本的值刷新回主内存中
f.线程释放锁
方案二:volatile关键字
使用volatile关键字:
private volatile boolean flag ;
volatile关键字的两层语义
一旦一个共享变量(类的成员变量、类的静态成员变量)被volatile修饰之后,那么就具备了两层语义: 保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性,即一个线程修改了某个变量的值,这新值对其他线程来说是立即可见的。 禁止进行指令重排序。 工作原理:VolatileThread线程从主内存读取到数据放入其对应的工作内存
将flag的值更改为true,但是这个时候flag的值还没有写会主内存
此时main方法main方法读取到了flag的值为false
当VolatileThread线程将flag的值写回去后,失效其他线程对此变量副本
再次对flag进行操作的时候线程会从主内存读取最新的值,放入到工作内存中
volatile的原理和实现机制volatile到底如何保证可见性和禁止指令重排序的?
观察加入volatile关键字和没有加入volatile关键字时所生成的汇编代码发现,加入volatile关键字时,会多出一个lock前缀指令
。
没添加volatile关键字
添加volatile关键字
lock前缀指令实际上相当于一个内存屏障
(也称内存栅栏),内存屏障会提供3个功能
:
总结: volatile保证不同线程对共享变量操作的可见性
,也就是说一个线程修改了volatile修饰的变量,当修改写回主内存时,另外一个线程立即看到最新的值。但是volatile不保证原子性
。
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有道无术,术尚可求,有术无道,止于术。
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