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這篇文章主要為大家展示了“java中多線程volatile內(nèi)存語義的示例分析”，內(nèi)容簡而易懂，條理清晰，希望能夠幫助大家解決疑惑，下面讓小編帶領(lǐng)大家一起研究并學(xué)習(xí)一下“java中多線程volatile內(nèi)存語義的示例分析”這篇文章吧。
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volatile關(guān)鍵字是java虛擬機(jī)提供的最輕量級額的同步機(jī)制。由于volatile關(guān)鍵字與java內(nèi)存模型相關(guān)，因此，我們在介紹volatile關(guān)鍵字之前，對java內(nèi)存模型進(jìn)行更多的補(bǔ)充（之前的博文也曾介紹過）。
1. java內(nèi)存模型（JMM）
JMM是一種規(guī)范，主要用于定義共享變量的訪問規(guī)則，目的是解決多個線程本地內(nèi)存與共享內(nèi)存的數(shù)據(jù)不一致、編譯器處理器的指令重排序造成的各種線程安全問題，以保障多線程編程的原子性、可見性和有序性。
JMM規(guī)定了所有的變量都存儲在主內(nèi)存中，每條線程還有自己的工作內(nèi)存，線程中的工作內(nèi)存中存儲了該線程用到的變量的主內(nèi)存的拷貝，各線程對變量的所有操作都必須在工作內(nèi)存中進(jìn)行，
線程之間的變量值的傳遞都必須通過主內(nèi)存來進(jìn)行。
JMM定義了8中操作實現(xiàn)主內(nèi)存與工作內(nèi)存的交互協(xié)議：
1）lock：作用于主內(nèi)存，它把一個變量標(biāo)識為一條線程的獨占狀態(tài)。
2）unlock：作用于主內(nèi)存，它把一個處于鎖定狀態(tài)的變量的釋放出來。
3）read：作用于主內(nèi)存，它把一個變量的值從主內(nèi)存?zhèn)鬏數(shù)骄€程的工作內(nèi)存中。
4）load：作用于工作內(nèi)存，它把從主內(nèi)存中read到的值放入工作內(nèi)存的變量副本中。
5）use：作用于工作內(nèi)存，它把一個變量的值從主內(nèi)存?zhèn)鬟f給執(zhí)行引擎
6）assign：作用與工作內(nèi)存，它把一個從執(zhí)行引擎接收到的值賦值給工作內(nèi)存的變量。
7）store：作用于工作內(nèi)存，把工作內(nèi)存中一個變量的值傳送到主內(nèi)存。
8）write：作用于主內(nèi)存，它把store操作從工作內(nèi)存中得到的值放入主內(nèi)存中的變量中。
這8中操作以及對著8中操作的規(guī)則的限制就能確定哪些內(nèi)存訪問在并發(fā)條件下是線程安全的，這種方式比較繁瑣，jdk1.5之后提出了提出了happens-before規(guī)則來判斷線程是否安全。
可以這么理解，happens-before規(guī)則是JMM的核心.Happens-before就是用來確定兩個操作的執(zhí)行順序。這兩個操作可在同一線程中，也可以在兩個線程中。
happens-before規(guī)定：如果一個操作happens-before另個一操作，那么第一個操作的結(jié)果對第二個操作可見（但這并不意味著處理器必須按照happens-before順序執(zhí)行，只要不改變執(zhí)行結(jié)果，可任意優(yōu)化）。happens-before規(guī)則已在前邊博文中介紹，這里不再重復(fù)（http://www.cnblogs.com/gdy1993/p/9117331.html）
JMM內(nèi)存規(guī)則僅僅是一種規(guī)則，規(guī)則的最終落實是通過java虛擬機(jī)、編譯器以及處理器一同協(xié)作來落實的，而內(nèi)存屏障是java虛擬機(jī)、編譯器、處理器之間溝通的紐帶。
而java原因封裝了這些底層的具體實現(xiàn)與控制，提供了synchronized、lock和volatile等關(guān)鍵字的來保障多線程安全問題。
2. volatile關(guān)鍵字
（1）volatile對可見性的保證
在介紹volatile關(guān)鍵字之前，先來看這樣一段代碼：
//線程1
boolean stop = false;
while(!stop) {
doSomething();
}
//線程2
stop = true;有兩個線程：線程1和線程2，線程1在stop==false時，不停的執(zhí)行doSomething()方法；線程2在執(zhí)行到一定情況時，將stop設(shè)置為true，將線程1中斷，很多人采用這種方式中斷線程，但這并不是安全的。因為stop作為一個普通變量，線程2對其的修改，并不能立刻被線程1所感知，即線程1對stop的修改僅僅在自己的工作內(nèi)存中，還沒來的急寫入主內(nèi)存，線程2工作內(nèi)存中的stop并未修改，可能導(dǎo)致線程無法中斷，雖然這種可能性很小，但一旦發(fā)生，后果嚴(yán)重。
而使用volatile變量修飾就能避免這個問題，這也是volatile第一個重要含義：
volatile修飾的變量，能夠保證不同線程對這個變量操作的可見性，即一個線程修改了這個變量的值，這個新值對于其他線程是立即可見的。
volatile的對可見性保證的原理：
對于volatile修飾的變量，當(dāng)某個線程對其進(jìn)行修改時，會強(qiáng)制將該值刷新到主內(nèi)存，這就使得其他線程對該變量在各自工作內(nèi)存中的緩存無效，因而在其他線程對該變量進(jìn)行操作時，必須從主內(nèi)存中重新加載
（2）volatile對原子性的保障？
首先來看這樣一段代碼（深入理解java虛擬機(jī)）：
public class VolatileTest {
public static volatile int race = 0;
public static void increase() {
race++;
}
public static final int THREAD_COUNT = 20;
public static void main(String[] args) {
Thread[] threads = new Thread[THREAD_COUNT];
for (Thread t : threads) {
t = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for(int i = 0; i < 10000; i++) {
increase();
}
}
});
t.start();
}
while(Thread.activeCount() > 1) {
Thread.yield();
}
System.out.println(race);//race < 200000
}
}race是volatile修飾的共享變量，創(chuàng)建20個線程對這個共享變量進(jìn)行自增操作，每個線程自增的次數(shù)為10000次，如果volatile能夠保證原子性的話，最終race的結(jié)果肯定是200000。但結(jié)果不然，每次程序運(yùn)行race'的值總是小于200000，這也側(cè)面證明了volatile并不能保證共享變量操作的原子性。原理如下：
線程1讀取了race的值，然后cp分配的時間片結(jié)束，線程2此時讀取了共享變量的值，并對race進(jìn)行自增操作，并將操作后的值刷新到主內(nèi)存，此時線程1已經(jīng)讀取了race的值，因此保留的依然是原來的值，此時這個值已是舊值，對race進(jìn)行自增操作后刷新到主內(nèi)存，因此主內(nèi)存中的值也是舊值。這也是volatile僅僅能保障讀到的是相對新值的原因。
（3）volatile對有序性的保障
首先來看這樣一段代碼：
//線程1
boolean initialized = false;
context = loadContext();
initialized = true;
//線程2
while(!initialized) {
sleep();
}
doSomething(context);線程2在initialized變量為true時，使用context變量完成一些操作；線程1負(fù)責(zé)加載context，并在加載完成后將initialized變量設(shè)為true。但是，由于initialized只是一個普通變量，普通變量僅僅能夠保證在該方法的執(zhí)行過程中，所有依賴賦值結(jié)果的地方都能獲得正確的值，而不能保證變量的賦值順序與程序代碼的執(zhí)行順序一致。因此就可能出現(xiàn)這樣一種情況，當(dāng)線程1將initialized變量設(shè)為true時，context依然沒有加載完成，但線程2由于讀到initialized為true，就可能執(zhí)行了doSomething()方法，可能會產(chǎn)生非常奇怪的效果。
而volatile的第二個語義就是禁止重排序：
寫volatile變量的操作與該操作之前的任何讀寫操作都不會被重排序；
讀volatile變量操作與該操作之后的任何讀寫操作都不會重排序。
（4） volatile的底層實現(xiàn)原理
java語言底層是通過內(nèi)存屏障來實現(xiàn)volatile語義的。
對于volatile變量的寫操作：
①java虛擬機(jī)會在該操作之前插入一個釋放屏障（loadstore+storestore）,釋放屏障禁止了volatile變量的寫操作與該操作之前的任何讀寫操作的重排序。
②java虛擬機(jī)會在該操作之后插入一個存儲屏障（storeload），存儲屏障使得對volatile變量的寫操作能夠同步到主內(nèi)存。
對于volatile變量的讀操作：
③java虛擬機(jī)會在該操作之前插入一個loadload，使得每次對volatile變量的讀取都從主內(nèi)存中重新加載（刷新處理器緩存）
④java虛擬機(jī)會在該操作之后插入一個獲得屏障（loadstore+loadload），使得volatile后的任何讀寫操作與該操作進(jìn)行重排序。
①③保障可見性，②④保障有序性。
（5）volatile關(guān)鍵字與happens-before的關(guān)系
Happens-before規(guī)則中的volatile規(guī)則為：對于一個volatile域的寫happens-before后續(xù)每一個針對該變量的讀操作。
寫線程執(zhí)行write(),然后讀線程執(zhí)行read()方法，圖中每個箭頭都代表一個happens-before關(guān)系，黑色箭頭是根據(jù)程序順序規(guī)則，藍(lán)色箭頭根據(jù)volatile規(guī)則，紅色箭頭是根據(jù)傳遞性推出的，即操作2happens-before操作3，即對volatile共享變量的更新操作排在后續(xù)讀取操作之前，對volatile變量的修改對后續(xù)volatile變量的讀取可見。
以上是“java中多線程volatile內(nèi)存語義的示例分析”這篇文章的所有內(nèi)容，感謝各位的閱讀！相信大家都有了一定的了解，希望分享的內(nèi)容對大家有所幫助，如果還想學(xué)習(xí)更多知識，歡迎關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)行業(yè)資訊頻道！
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