JMM、Volatile（Juc-10）

概述

谈谈你对 volatile 的理解

1. 保证可见性
2. 不保证原子性
3. 禁止指令重排

什么是 JMM

java 内存模型，是一个不存在的东西，是一个概念，一个约定！

关于 JMM 一些同步的约定：

1. 线程解锁前一定把共享变量立刻刷回主储存
2. 线程加锁钱必须把主存最新值 copy 到工作内存中
3. 加锁一定是同一把锁

线程，工作内存，主内存一共有 4 组 8 种操作

内存交互操作

　　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 write 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

　　JMM 对这八种指令的使用，制定了如下规则：

• • 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。就是怼变量实施 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

　　JMM 对这八种操作规则和对 volatile 的一些特殊规则就能确定哪里操作是线程安全，哪些操作是线程不安全的了。但是这些规则实在复杂，很难在实践中直接分析。所以一般我们也不会通过上述规则进行分析。更多的时候，使用 java 的 happen-before 规则来进行分析。

问题

程序不知道主内存的值已经被修改过了,类似这样的代码就会出现死循环

package net.yscxy.tvolatile;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * @Author WangFuKun
 * @create 2020/12/2 20:21
 */
public class JmmTest {
    static  int number = 0;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {//main线程
        new Thread(() -> { //线程1对主内存的变化是不可见的，不知道的
            while (number == 0) {
            }
        }).start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        number = 1;
        System.out.println(number);
    }

}
​

volatile

1. 保证可见性

package net.yscxy.tvolatile;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * @Author WangFuKun
 * @create 2020/12/2 20:21
 */
public class JmmTest {
    static volatile int number = 0;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {//main线程
        new Thread(() -> { //线程1对主内存的变化是不可见的，不知道的
            while (number == 0) {
            }
        }).start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        number = 1;
        System.out.println(number);
    }

}
​

2. 不保证原子性

原子性：不可分割

也就是线程 A 在执行任务的时候是不能被打扰和被分割的，要么同时成功，要么同时失败

package net.yscxy.tvolatile;

/**
 * @Author WangFuKun
 * @create 2020/12/2 21:39
 */
//测试不保证原子性
public class VDemo02 {
    private volatile static int number = 0;

    public  static void add() {
        number++;
    }

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            new Thread(() -> {
                for (int j = 0; j < 1000; j++) {
                    add();
                }
            }).start();
        }
        //因为默认有jc线程和主线程这两个线程一直活跃着
        while (Thread.activeCount() > 2) {
            Thread.yield();
        }
        System.out.println(number);
    }
}
​

如果不加 lock 或者 synchronized 如何保证原子性

方案：使用原子类，解决原子性问题 AtomicInteger

AtomicInteger 他的底层用的是 CAS

package net.yscxy.tvolatile;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

/**
 * @Author WangFuKun
 * @create 2020/12/2 21:39
 */
//测试不保证原子性
public class VDemo02 {
    //使用原子类进行解决
    private volatile static AtomicInteger number = new AtomicInteger();

    public synchronized static void add() {
        //number++
        //当然这里并不简单的是一个加一操作
        number.getAndIncrement(); //AtomicInteger +1方法，CAS
    }

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            new Thread(() -> {
                for (int j = 0; j < 1000; j++) {
                    add();
                }
            }).start();
        }
        //因为默认有jc线程和主线程这两个线程一直活跃着
        while (Thread.activeCount() > 2) {
            Thread.yield();
        }
        System.out.println(number);
    }
}
​

这些类的低层直接和操作系统挂钩，在内存中修改值，Unsafe 是一个很特殊的存在