可见性
- 可见性：一个线程对共享变量值的修改，能够及时被其他线程看到；
- 共享变量：如果一个变量在多个线程的工作内存中都存在副本，那这个变量就是这几个线程的共享变量；
- 线程的工作内存：Java内存抽象出来的概念
- Java内存模型（JMM-Java Memory Model）：描述了Java程序中各种变量（线程共享变量）的访问规则，以及在JVM中将变量存储到内存和从内存中读取出变量这样的底层细节
- 所有变量都存储在主内存中；而每个线程有自己独立的工作内存，在工作内存中的保存的该线程使用的变量（此变量是主内存中变量的副本）
- Java内存的规定：
线程对共享变量的所有操作都必须在自己的工作内存中进行，不可直接从主内存中读写；
不同线程之间无法直接访问其他线程工作内存中的变量，线程间的变量值的传递需要通过主内存 - 共享变量可见性实现原理：
线程1–>工作内存1中变量X–>更新到主内存中–>工作内存2中的变量X得到更新–>线程2
java语言层面实现可见性的两种方式
synchronized实现可见性
1. synchronized能够实现：
- 原子性（同步）
- 可见性
2. JMM关于synchronized的两条规定：
- 线程解锁前，必须把共享变量的最新值刷新到内存中。
- 线程加锁时，将清空工作内存中共享变量的值，从而使用共享变量时需要从主存中中重新读取最新的值。（注意：加锁与解锁需要是同意把锁）
3. 线程执行互斥代码的过程：
- 获得互斥锁
- 清空工作内存
- 从主内存拷贝变量到最新副本到工作内存
- 执行代码
- 刷新变量到主内存
- 释放互斥锁
4. 重排序
代码书写的顺序与实际执行的顺序不同，指令重排序是编译器或处理器为了提高程序性能而坐的优化
- 编译器优化的重排序（编译器优化）
- 指令级并行重排序（处理器优化）
- 内存系统的重排序（处理器优化）
eg：
代码书写顺序：
int number = 1;
int result = 0;执行顺序：
int result = 0;
int number = 1;5. as-if-serial
as-if-serial:无论怎么样重排序，程序执行的结果应该与代码顺序执行的结果一直（java编译器，运行时和处理器都会保证java在单线程下遵循as-if-serial语义）
6. 不可见原因
- 线程的交叉执行
- 重排序结合线程交叉执行
- 共享变量更新后的值没有在工作内存和主内存间及时更新
7.例子
package syn_vol;
public class SynchronizedDemo {
//共享变量
private boolean ready = false;
private int result = 0;
private int number = 1;
//写操作
public synchronized void write(){
ready = true; //1.1
number = 2; //1.2
}
//读操作
public synchronized void read(){
if(ready){ //2.1
result = number*3;//2.2
}
System.out.println("result的值："+result);
}
//内部线程类
private class ReadWriteThread extends Thread{
//根据构造方法中传入的参数，确定线程执行读还是写操作
private boolean flg;
public ReadWriteThread(boolean flg){
this.flg = flg;
}
@Override
public void run() {
if(flg){
//构造方法中传入true，执行写方法
write();
}else {
//构造方法中传入false，执行读方法
read();
}
}
}
public static void main(String[] args) {
SynchronizedDemo synDemo = new SynchronizedDemo();
//写方法
synDemo.new ReadWriteThread(true).start();
//读方法
synDemo.new ReadWriteThread(false).start();
//执行顺序
//1.1-->2.1-->2.2-->1.2 result:3
//1.2-->2.1-->2.2-->1.1 result:0
}
}volatile实现可见性
1. volatile关键字：
- 能够保证volatile变量的可见性。
- 不能保证volatile变量复合操作的原子性。
2. 如何实现
volatile如何实现内存可见性：通过加入内存屏障和禁止重排序优化来实现的。
1.对volatile变量执行写操作时，会在写操作后加入一条store屏障指令。
2.对volatile变量执行读操作时，会在读操作前加入一条load屏障指令。
3. 线程读/写volatile变量的过程：
- 线程写volatile变量的过程：
- 改变线程工作内存的中volatile变量副本的值。
- 讲改变后的副本的值从工作内存刷新到主内存。
- 线程读volatile变量的过程：
- 从主内存中读取volatile变量的最新值到线程的工作内存中。
- 从工作内存中读取volatile变量的副本。
4.程序分析
package syn_vol;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class VolatileDemo {
private volatile int number = 0;
private Lock lock = new ReentrantLock();
public int getNumber(){
return this.number;
}
public void increase(){
// synchronized(this){
// this.number++;
// }
lock.lock();//加锁
try {
this.number++;
} finally{
lock.unlock();//解锁
}
}
public static void main(String[] args) {
//匿名内部类访问外部类局部变量则外部类的对象必须为final属性
final VolatileDemo volDemo = new VolatileDemo();
for(int i=0;i<500;i++){
new Thread(new Runnable() {
public void run() {
volDemo.increase();
}
}).start() ;
}
//如果还有子线程在运行，主线程就让出CPU资源
//直到所有的子线程都运行完了，主线程再继续执行
while (Thread.activeCount()>1) {
Thread.yield();
}
System.out.println("number:"+volDemo.getNumber());
}
}说明：
1. 线程A读取number的值
2. 线程B读取number的值
3. 线程B执行加1
4. 线程B写入最新number的值6
5. 线程A执行加1
6. 线程A写入最新的number值5
两次number++操作，实际上只加了一次，导致number的值与实际不符合
5.保证原子性操作:
- 使用synchronized关键字
- 使用ReentrantLock(java.util.concurrent.locks包下）
- 使用AtomicInterger(java.util.concurrent.atomic包下）
synchronized和volatile比较
- volatile不需要加锁，比synchronized更轻量级，不需要阻塞线程
- 从内存可见性分析，volatile读操作相当于加锁，写操作相当于解锁
- synchronized既能保持可见性，又能保持原子性，而volatile只能保持可见性不能保证原子性
扩展
long和double都是8字节64位的,当程序中有一个long或double类型的变量,而且该变量也没有任何关键字修饰,那么此时对64位的long、double变量的读写就不是原子操作,即可以分解.
因为java内存模型允许JVM将没有被volatile修饰的64位数据类型的读写操作划分为两次32位的读写操作来进行.就可能导致多线程并发访问该变量时,出现只读了一半就被抢走资源进而导致数据异常的问题.
解决方法是在
1. long、double类型的变量上加入volatile关键字.
2. 也可以直接使用synchronized修饰.
不过大部分虚拟机已经把long、double类型的变量对其进行一些保护,因此在实际编程中也不需刻意为long、double类型的数据加上volatile关键字.
