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JUC编程09:JMM、Volatile

本文主要是介绍JUC编程09:JMM、Volatile,对大家解决编程问题具有一定的参考价值,需要的程序猿们随着小编来一起学习吧!

一、什么是JMM

1、概念

  • JMM:Java虚拟机是一个实现了跨平台的虚拟系统,因此它也有自己的内存模型,即Java内存模型(Java Memory Model, JMM)。

2、JMM同步

  • 线程解锁前,必须把共享变量立刻刷回主存。

  • 线程加锁前,必须读取主存中的最新值到工作内存中!

  • 加锁和解锁是同一把锁。

3、八种操作

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

  • 内存交互操作有8种,虚拟机实现必须保证每一个操作都是原子的,不可在分的(对于double和long类型的变量来说,load、store、read和writ操作在某些平台上允许例外)
  • lock (锁定):作用于主内存的变量,把一个变量标识为线程独占状态
  • unlock (解锁):作用于主内存的变量,它把一个处于锁定状态的变量释放出来,释放后的变量才可以被其他线程锁定
  • read (读取):作用于主内存变量,它把一个变量的值从主内存传输到线程的工作内存中,以便随后的load动作使用
  • load (载入):作用于工作内存的变量,它把read操作从主存中变量放入工作内存中
  • use (使用):作用于工作内存中的变量,它把工作内存中的变量传输给执行引擎,每当虚拟机遇到一个需要使用到变量的值,就会使用到这个指令
  • assign (赋值):作用于工作内存中的变量,它把一个从执行引擎中接受到的值放入工作内存的变量副本中
  • store (存储):作用于主内存中的变量,它把一个从工作内存中一个变量的值传送到主内存中,以便后续的write使用
  • write (写入):作用于主内存中的变量,它把store操作从工作内存中得到的变量的值放入主内存的变量中

4、使用规则

  • 不允许read和load、store和write操作之一单独出现。即使用了read必须load,使用了store必须write
  • 不允许线程丢弃他最近的assign操作,即工作变量的数据改变了之后,必须告知主存
  • 不允许一个线程将没有assign的数据从工作内存同步回主内存
  • 一个新的变量必须在主内存中诞生,不允许工作内存直接使用一个未被初始化的变量。就是对变量实施use、store操作之前,必须经过assign和load操作
  • 一个变量同一时间只有一个线程能对其进行lock。多次lock后,必须执行相同次数的unlock才能解锁
  • 如果对一个变量进行lock操作,会清空所有工作内存中此变量的值,在执行引擎使用这个变量前,必须重新load或assign操作初始化变量的值
  • 如果一个变量没有被lock,就不能对其进行unlock操作。也不能unlock一个被其他线程锁住的变量
  • 对一个变量进行unlock操作之前,必须把此变量同步回主内存

5、存在问题

  • 程序不知道主内存的值已经被修改过了
    在这里插入图片描述

二、Volatile

1、概念

  • Volatile是Java 虚拟机提供的轻量级同步机制,类似于synchronized,但是没有其强大。
  • 特点:
    ①、保证可见性
    ②、不保证原子性
    ③、防止指令重排

2、代码演示

  • 保证可见性
    ①、没有使用Volatile关键字,持续一直处于运行状态,线程对主内存的变化不知道
public class VolatileTest {

    // 不加 volatile 程序就会死循环!
    // 加 volatile 可以保证可见性
  private static int sum=0;

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(()->{
            while (sum==0){

            }
        }).start();

        try{
            TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        sum=1;
        System.out.println(sum);
    }
}

运行结果:
在这里插入图片描述
②、使用了volatile关键字,线程可以得知主内存的变化

public class VolatileTest {

    // 不加 volatile 程序就会死循环!
    // 加 volatile 可以保证可见性
  private volatile static int sum=0;

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(()->{
            while (sum==0){

            }
        }).start();

        try{
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        sum=1;
        System.out.println(sum);
    }
}

运结果:
在这里插入图片描述

  • 不保证原子性
    ①、使用volatile时
public class VolatileTest2 {

    private volatile static int num=0;

   public static void add(){
       num++;
   }
    //理论上值应该为20000
    public static void main(String[] args) {
        for (int i=1;i<=20;i++){
            new Thread(()->{
                for (int j=1;j<=1000;j++){
                    add();
                }
            }).start();
        }
        //判断剩下的线程是否大于2个,如果大于则表明20个线程创建成功了
        while (Thread.activeCount()>2){
            Thread.yield();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---->"+num);
    }

}

运行结果:
在这里插入图片描述
②、使用AtomicInteger保证其原子性

public class VolatileTest2 {

    private volatile static int num=0;

   private volatile static AtomicInteger atomicInteger= new AtomicInteger();

   public static void add(){

//       AtomicInteger + 1 方法, CAS
       atomicInteger.getAndIncrement();
   }
    //理论上值应该为20000
    public static void main(String[] args) {
        for (int i=1;i<=20;i++){
            new Thread(()->{
                for (int j=1;j<=1000;j++){
                    add();
                }
            }).start();
        }
        //判断剩下的线程是否大于2个,如果大于则表明20个线程创建成功了
        while (Thread.activeCount()>2){
            Thread.yield();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---->"+atomicInteger);
    }

}

运行结果:
在这里插入图片描述

3、指令重排

  • 指令重排:我们写的程序,计算机并不是按照你写的那样去执行的。
  • 代码执行过程:源代码 —> 编译器优化的重排 —> 指令并行也可能会重排 —> 内存系统也会重排 ——> 执行
  • 正常执行结果:x = 0;,y = 0;
线程A线程B
x = ay = b
b =1y = b
  • 指令重排可能导致的结果: x = 2,y = 1;
线程A线程B
b =1y = b
x = ay = b
  • volatile可以避免指令重排
    ①、保证特定操作的执行顺序
    ②、可以保证某些变量的内存可见性
    ③、volatile 内存屏障在单例模式中使用的最多
    在这里插入图片描述
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