原子性

所谓原子性是指在一次的操作或者多次操作中要么所有的操作全部都得到了执行并

注意两个原子性的操作结合在一起未必还是原子性的比如i(其中get

ii1和set

ix三者皆是原子性操作但是不代表i就是原子性操作)。

volatile关键字不保证数据的原子性synchronized关键字保证自JDK

1.2

可见性是指当一个线程对共享变量进行了修改那么另外的线程可以立即看到修改后的最新值

1.3

由于Java在编译器以及运行期的优化导致了代码的执行顺序未必就是开发者编写代码时的顺序比如

int

对于这段代码有可能它的执行顺序就是代码本身的顺序有可能发生了重排序导致int

y0优先于int

x10执行但是绝对不可能出现yx1优先于x执行的执行情况如果一个指令x在执行的过程中需要用到指令y的执行结果那么处理器会保证指令y在指令x之前执行这就好比yx1执行之前肯定要先执行x一样。

2.JMM三如何保证大特性

而每个线程都有自己的工作内存或者本地内存(这一点很像CPU的Cache)

线程对变量的所有操作都必须在自己的工作内存中进行而不能直接对主内存进行操作并且每一个线程都不能访问其他线程的工作内存或者本地内存。

2.1

在Java语言中对基本数据类型的变量读取赋值操作都是原子性的对引用类型的变量读取和赋值的操作也是原子性的因此诸如此类的操作是不可被中断的要么执行要么不执行正所谓一荣俱荣一损俱损。

不过话虽如此简单但是理解起来未必不会出错下面我们就来看几个例子

1x10赋值操作

x10的操作是原子性的执行线程首先会将x10写人工作内存中然后再将其写入主内存(有可能在往主内存进行数值刷新的过程中其他线程也在对其进行刷新操作比如另外一个线程将其写为11但是最终的结果肯定要么是10要么是11不可能出现其他情况单就赋值语句这一点而言其是原子性的)。

2yx;

1)执行线程从主内存中读取x的值(如果x已经存在于执行线程的工作内存中则直接获取)然后将其存人当前线程的工作内存之中。

2)在执行线程的工作内存中修改y的值为x然后将y的值写入主内存之中。

虽然第一步和第二步都是原子类型的操作但是合在一起就不是原子操作了。

3y;自增操作

1)执行线程从主内存中读取y的值(如果y已经存在于执行线程的工作内存中则直接获取)然后将其存人当前线程的工作内存之中。

z1;

1)执行线程从主内存中读取z的值(如果z已经存在于执行线程的工作内存中则直接获取)然后将其存人当前线程的工作内存之中。

多个原子性的操作在一起就不再是原子性操作了。

简单的读取与赋值操作是原子性的将一个变量赋给另外一个变量的操作不是原子性的。

Java内存模型(JMM)

需要使用关键字synchronized

或者JUC中的lock。

如果想要使得int等类型自增操作具备原子性

可以使用JUC包下的原子封装类型java.util.concurrent.atomic.*

2.2

在多线程的环境下如果某个线程首次读取共享变量则首先到主内存中获取该变量然后存入工作内存中以后只需要在工作内存中读取该变量即可。

同样如果对该变量执行了修改的操作则先将新值写入工作内存中然后再刷新至主内存中。

但是什么时候最新的值会被刷新至主内存中是不太确定的

使用关键字volatile

对于共享资源的读操作会直接在主内存中进行(当然也会缓存到工作内存中当其他线程对该共享资源进行了修改则会导致当前线程在工作内存中的共享资源失效所以必须从主内存中再次获取)对于共享资源的写操作当然是先要修改工作内存但是修改结束后会立刻将其刷新到主内存中。

通过synchronized关键字能够保证可见性

synchronized关键字能够保证同一时刻只有一个线程获得锁然后执行同步方法并且还会确保在锁释放之前会将对变量的修改刷新到主内存当中。

通过JUC提供的显式锁Lock也能够保证可见性

Lock的lock方法能够保证在同一时刻只有一个线程获得锁然后执行同步方法

并且会确保在锁释放(Lock的unlock方法)之前会将对变量的修改刷新到主内存当中。

2.3

在单线程的情况下重排序并不会引起什么问题但是在多线程的情况下重排序会影响到程序的正确运行Java提供了三种保证有序性的方式

使用volatile关键字来保证有序性。

使用synchronized关键字来保证有序性。

使用显式锁Lock来保证有序性。

此外Java的内存模型具备一些天生的有序性规则不需要任何同步手段就能够保证有序性这个规则被称为Happens-before原则。

如果两个操作的执行次序无法从happens-before原则推导出来那么它们就无法保证有序性

程序次序规则在一个线程内代码按照编写时的次序执行编写在后面的操作发生于编写在前面的操作之后。

这句话的意思看起来是程序按照编写的顺序来执行但是虚拟机还是可能会对程序代码的指令进行重排序只要确保在一个线程内最终的结果和代码顺序执行的结果一致即可。

锁定规则一个unlock操作要先行发生于对同一个锁的lock操作。

这句话的意思是无论是在单线程还是在多线程的环境下如果同一个锁是锁定状态那么必须先对其执行释放操作之后才能继续进行lock操作。

volatile变量规则对一个变量的写操作要早于对这个变量之后的读操作。

一个线程对它进行读操作一个线程对它进行写操作那么写入操作肯定要先行发生于读操作关于这个规则我们在3.3节中还会继续介绍。

传递规则如果操作A先于操作B而操作又先于操作C则可以得出操作A肯定要先于操作C

只有start之后线程才能真正运行

线程的终结规则线程中所有的操作都要先行发生于线程的终止检测通俗地讲线程的任务执行、逻辑单元执行肯定要发生于线程死亡之前。

对象的终结规则一个对象初始化的完成先行发生于finalize()

方法之前

也就是说当一个线程修改volatile修饰的变量另外一个线程会立即看到最新的值。

禁止对指令进行重排序操作。

在Volatile

it_value变量的每一次更改都会使得Reader线程能够看到(在happens-before规则中

第三条volatile变量规则对一个变量的写操作要早于对这个变量之后的读操作)其步骤具体如下。

Reader线程从主内存中获取in

直接禁止JVM和处理器对volatile关键字修饰的指令重排序

但是对于volatile前后无依赖关系的指令则可以随便怎么排序比如

int

我们并不关心只要能够百分之百地保证在执行到z20的时候x0y1同理关于x的自增以及y的自减操作都必须在z20以后才能发生。

(3)

上面三个操作单独的每一个操作都是原子性操作但是合起来就不是因为在执行的中途很有可能会被其他线程打断例如如下操作情况。

1)假设此时i的值为100线程A要对变量i执行自增操作首先它需要到主内存中读取i的值

2)线程B同样需要从主内存中读取i的值由于线程A没有对i做过任何修改操作因此此时B获取到的i仍然是100。

A线程直接对工作线程中的100进行加1运算(因为A线程已经从主内存中读取了i的值)由于线程并未写人i的最新值因此A线程工作空间中的100不会被失效。

3.2

确保指令重排序时不会将其后面的代码排到内存屏障之前。

确保指令重排序时不会将其前面的代码排到内存屏障之后。

确保在执行到内存屏障修饰的指令时前面的代码全部执行完成。

强制将线程工作内存中值的修改刷新至主内存中。

如果是写操作

则会导致其他线程工作内存(CPU

3Singleton设计模式的double-check也是利用了顺序性特点

3.4

通过对volatile关键字的学习和之前对synchronized关键字的学习

不能用于修饰方法以及方法参数和局部变量、常量等。

synchronized关键字不能用于对变量的修饰

只能用于修饰方法或者语句块。

volatile修饰的变量可以为null

synchronized关键字同步语句块的monitor对象不能为null。

volatile无法保证原子性。

由于synchronized是一种排他的机制

因此被synchronized关键字修饰的同步代码是无法被中途打断的因此其能够保证代码的原子性。

两者均可以保证共享资源在多线程间的可见性但是实现机制完全不同。

synchronized借助于JVM指令monitor

enter和monitor

exit时所有共享资源都将会被刷新到主内存中。

相比较于synchronized关键字volatile使用机器指令(偏硬件)

“lock

”的方式迫使其他线程工作内存中的数据失效不得到主内存中进行再次加载。

(4)

volatile关键字禁止JVM编译器以及处理器对其进行重排序

所以它能够保证有序性。

虽然synchronized关键字所修饰的同步方法也可以保证顺序性

在synchronized关键字所修饰的代码块中代码指令也会发生指令重排序的情况比如

synchronized(this)

volatile不会使线程陷入阻塞。

synchronized关键字会使线程进人阻塞状态。