首页 > 代码库 > 【慕课网学习笔记】Java共享变量的可见性和原子性
【慕课网学习笔记】Java共享变量的可见性和原子性
1. Java内存模型(Java Memory Model, JMM)
Java的内存模型如下，所有变量都存储在主内存中，每个线程都有自己的工作内存。
共享变量：如果一个变量在多个线程中都使用到了，那么这个变量就是这几个线程的共享变量。
可见性：一个线程对共享变量的修改，能够及时地到主内存并且让其他的线程看到。
怎么理解上面的可见性的意思呢？
线程对共享变量的修改，只能在自己的工作内存里操作，不能直接对主内存中的共享变量进行修改。而且一个线程不能直接访问另一个线程中的变量的值，只能通过主内存进行共享传递。
那么就要求线程A对共享变量修改后，及时地更新到主内存中，线程B才可以及时地从主内存获取最新的值到工作内存。
比如一个共享变量int i = 0; 线程A将其改为i =1; 其他线程此时获取i的值，应该能及时地得到1，而不是0。
2. synchronized实现可见性
synchronized除了常见的原子性，还实现了可见性。这是因为：
1) 线程解锁前，必须把共享变量的最新值刷新到主内存中去；
2) 线程加锁时，将清空工作内存中的共享变量的值，使用到共享变量时，从主内存中获取最新的共享变量值（加锁和解锁需要同一把锁）
3. volatile实现可见性
通过内存屏障和禁止重排序优化来实现可见性。
1) 对共享变量进行写操作后，加入一条store屏障指令，强制将共享变量的值刷新到主内存；
2) 对共享变量进行读操作前，加入一条load屏障指令，强制从主内存中将最新值刷新到工作内存；
4.volatile不能保证原子性
一个比较典型的例子是++运算符。
在下面的代码中，一共创建了1000个线程，预期应该是加了1000次，那么number的值应该是1000，实际上有可能并不是。
这是因为，++运算符并不是一次操作。以number++为例，可以看作是，先从主内存中取出number的值，然后将其加1，刷新工作内存，刷新主内存，这么几个步骤。
而volatile并不能保证原子性，这就意味着，有可能出现这种情况：
1)线程A获取到主内存的number的值（假设为10）到工作内存
2)此时CPU调度，A暂停，线程B开始执行，同样从主内存中获取到number为10，number++后，number为11，刷新到主内存
3)线程A继续执行number++，它的工作内存中number为10，执行完毕刷新到主内存，此时，number的值为11. 也就是说，AB两个线程同时进行了+1操作，但最终的结果，只加了1
1 public class VolatileDemo { 2 3 private int number = 0; 4 5 public void increase() { 6 number++; 7 } 8 9 public int getNumber() {10 return number;11 }12 13 public static void main(String[] args) {14 final VolatileDemo demo = new VolatileDemo();15 16 for (int i = 0; i <= 999; i++) {17 new Thread(new Runnable() {18 @Override19 public void run() {20 demo.increase();21 }22 }).start();23 }24 25 //线程未执行完，主线程让出CPU资源26 while(Thread.activeCount() > 1){27 Thread.yield();28 }29 30 //待上面的线程都执行完了，再打印，避免打印的不是最后的数据31 System.out.println(demo.getNumber());32 }33 }
5.volatile适用场景
1)对共享变量的写操作，不依赖于其之前的值
不合适：number++, number = number * 2, number += 1等
合适：boolean值
2)该变量没有包含在具有其他变量的不变式中，也就是说，不同的volatile变量之间，不能互相依赖
6.AtomicInteger实现递增
上面我们已经知道一个整型的共享变量要实现递增，如果使用++运算符，即使加上volatile关键字，也是无法保证其原子性的。而如果在访问变量时加上synchronized块，或者可重入锁，开销又太大。
JDK1.5之后，可以使用AtomicInteger进行递增。该类是线程安全的。
将上面的代码修改如下，就可以保证原子性和可见性。
1 import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger; 2 3 public class VolatileDemo { 4 5 private AtomicInteger number = new AtomicInteger(0); 6 7 public void increase() { 8 number.incrementAndGet(); 9 }10 11 public int getNumber() {12 return number.intValue();13 }14 15 public static void main(String[] args) {16 final VolatileDemo demo = new VolatileDemo();17 18 for (int i = 0; i <= 999; i++) {19 new Thread(new Runnable() {20 @Override21 public void run() {22 demo.increase();23 }24 }).start();25 }26 27 //线程未执行完，主线程让出CPU资源28 while(Thread.activeCount() > 1){29 Thread.yield();30 }31 32 //待上面的线程都执行完了，再打印，避免打印的不是最后的数据33 System.out.println(demo.getNumber());34 }35 }
【慕课网学习笔记】Java共享变量的可见性和原子性