目录 Java内存模型 并发编程中的三个概念 1.原子性 2.可见性 3.有序性 volatile关键字 1、共享变量的可见性 2、禁止进行指令重排序 Atomic包 正文 本文将讲解volatile关键字和 atomic包，为什么放到一起讲呢，主要是因为这两个可以解决并发编程中的原子性、可见性、有序性，让我们一起来看看吧。 回到顶部 Java内存模型 JMM（java内存模型） 　　java虚拟机有自己的内存模型（Java Memory Model，JMM），JMM可以屏蔽掉各种硬件和操作系统的内存访问差异，以实现让java程序在各种平台下都能达到一致的内存访问效果。 　　JMM决定一个线程对共享变量的写入何时对另一个线程可见，JMM定义了线程和主内存之间的抽象关系：共享变量存储在主内存(Main Memory)中，每个线程都有一个私有的本地内存（Local Memory），本地内存保存了被该线程使用到的主内存的副本拷贝，线程对变量的所有操作都必须在工作内存中进行，而不能直接读写主内存中的变量。这三者之间的交互关系如下 计算机在执行程序时，每条指令都是在CPU中执行的，而执行指令过程中，势必涉及到数据的读取和写入。由于程序运行过程中的临时数据是存放在主存（物理内存）当中的，这时就存在一个问题，由于CPU执行速度很快，而从内存读取数据和向内存写入数据的过程跟CPU执行指令的速度比起来要慢的多，因此如果任何时候对数据的操作都要通过和内存的交互来进行，会大大降低指令执行的速度。因此在CPU里面就有了高速缓存。 　　也就是，当程序在运行过程中，会将运算需要的数据从主存复制一份到CPU的高速缓存当中，那么CPU进行计算时就可以直接从它的高速缓存读取数据和向其中写入数据，当运算结束之后，再将高速缓存中的数据刷新到主存当中。举个简单的例子，比如下面的这段代码： i = i + 1; 当线程执行这个语句时，会先从主存当中读取i的值，然后复制一份到高速缓存当中，然后CPU执行指令对i进行加1操作，然后将数据写入高速缓存，最后将高速缓存中i最新的值刷新到主存当中。 　　这个代码在单线程中运行是没有任何问题的，但是在多线程中运行就会有问题了。在多核CPU中，每条线程可能运行于不同的CPU中，因此每个线程运行时有自己的高速缓存（对单核CPU来说，其实也会出现这种问题，只不过是以线程调度的形式来分别执行的）。本文我们以多核CPU为例。 　　比如同时有2个线程执行这段代码，假如初始时i的值为0，那么我们希望两个线程执行完之后i的值变为2。但是事实会是这样吗？ 　　可能存在下面一种情况：初始时，两个线程分别读取i的值存入各自所在的CPU的高速缓存当中，然后线程1进行加1操作，然后把i的最新值1写入到内存。此时线程2的高速缓存当中i的值还是0，进行加1操作之后，i的值为1，然后线程2把i的值写入内存。 　　最终结果i的值是1，而不是2。这就是著名的缓存一致性问题。通常称这种被多个线程访问的变量为共享变量。 回到顶部 并发编程中的三个概念 　　在并发编程中，我们通常会遇到以下三个问题：原子性问题，可见性问题，有序性问题。我们先看具体看一下这三个概念： 1.原子性 　　原子性：即一个操作或者多个操作 要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断，要么就都不执行。 　　一个很经典的例子就是银行账户转账问题： 　　比如从账户A向账户B转1000元，那么必然包括2个操作：从账户A减去1000元，往账户B加上1000元。 　　试想一下，如果这2个操作不具备原子性，会造成什么样的后果。假如从账户A减去1000元之后，操作突然中止。然后又从B取出了500元，取出500元之后，再执行 往账户B加上1000元 的操作。这样就会导致账户A虽然减去了1000元，但是账户B没有收到这个转过来的1000元。 　　所以这2个操作必须要具备原子性才能保证不出现一些意外的问题。 2.可见性 　　可见性是指当多个线程访问同一个变量时，一个线程修改了这个变量的值，其他线程能够立即看得到修改的值。 　　举个简单的例子，看下面这段代码： 复制代码 1 //线程1执行的代码 2 int i = 0; 3 i = 10; 4 5 //线程2执行的代码 6 j = i; 复制代码 假若执行线程1的是CPU1，执行线程2的是CPU2。由上面的分析可知，当线程1执行 i =10这句时，会先把i的初始值加载到CPU1的高速缓存中，然后赋值为10，那么在CPU1的高速缓存当中i的值变为10了，却没有立即写入到主存当中。 此时线程2执行 j = i，它会先去主存读取i的值并加载到CPU2的缓存当中，注意此时内存当中i的值还是0，那么就会使得j的值为0，而不是10。 这就是可见性问题，线程1对变量i修改了之后，线程2没有立即看到线程1修改的值。 3.有序性 　　有序性：即程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。举个简单的例子，看下面这段代码： 复制代码 int i = 0; boolean flag = false; i = 1; //语句1 flag = true; //语句2 复制代码 从代码顺序上看，语句1是在语句2前面的，那么JVM在真正执行这段代码的时候会保证语句1一定会在语句2前面执行吗？不一定，为什么呢？这里可能会发生指令重排序（Instruction Reorder）。 一般来说，处理器为了提高程序运行效率，可能会对输入代码进行优化，它不保证程序中各个语句的执行先后顺序同代码中的顺序一致，但是它会保证程序最终执行结果和代码顺序执行的结果是一致的。 比如上面的代码中，语句1和语句2谁先执行对最终的程序结果并没有影响，那么就有可能在执行过程中，语句2先执行而语句1后执行。 但是重排序也需要遵守一定规则： 　　1.重排序操作不会对存在数据依赖关系的操作进行重排序。 　　　　比如：a=1;b=a; 这个指令序列，由于第二个操作依赖于第一个操作，所以在编译时和处理器运行时这两个操作不会被重排序。 　　2.重排序是为了优化性能，但是不管怎么重排序，单线程下程序的执行结果不能被改变 　　　　比如：a=1;b=2;c=a+b这三个操作，第一步（a=1)和第二步(b=2)由于不存在数据依赖关系，所以可能会发生重排序，但是c=a+b这个操作是不会被重排序的，因为需要保证最终的结果一定是c=a+b=3。 回到顶部 volatile关键字 　 volatile是Java提供的一种轻量级的同步机制。同synchronized相比（synchronized通常称为重量级锁），volatile更轻量级。 　　一旦一个共享变量（类的成员变量、类的静态成员变量）被volatile修饰之后，那么就具备了两层语义： 　　1）保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性，即一个线程修改了某个变量的值，这新值对其他线程来说是立即可见的。 　　2）禁止进行指令重排序。 1、共享变量的可见性 复制代码 public class TestVolatile { public static void main(String[] args) { ThreadDemo td = new ThreadDemo(); new Thread(td).start(); while(true){ if(td.isFlag()){ System.out.println("------------------"); break; } } } } class ThreadDemo implements Runnable { private boolean flag = false; @Override public void run() { try { Thread.sleep(200); } catch (InterruptedException e) { } flag = true; System.out.println("flag=" + isFlag()); } public boolean isFlag() { return flag; } } 复制代码 上面这个例子，开启一个多线程去改变flag为true，main 主线程中可以输出"------------------"吗？ 　　答案是NO! 　　这个结论会让人有些疑惑，可以理解。开启的线程虽然修改了flag 的值为true,但是还没来得及写入主存当中，此时main里面的 td.isFlag()还是false,但是由于 while(true) 是底层的指令来实现，速度非常之快，一直循环都没有时间去主存中更新td的值，所以这里会造成死循环！运行结果如下： 此时线程是没有停止的，一直在循环。 如何解决呢？只需将 flag 声明为volatile，即可保证在开启的线程A将其修改为true时，main主线程可以立刻得知： 　　第一：使用volatile关键字会强制将修改的值立即写入主存； 　　第二：使用volatile关键字的话，当开启的线程进行修改时，会导致main线程的工作内存中缓存变量flag的缓存行无效（反映到硬件层的话，就是CPU的L1缓存中对应的缓存行无效）； 　　第三：由于线程main的工作内存中缓存变量flag的缓存行无效，所以线程main再次读取变量flag的值时会去主存读取。 volatile具备两种特性，第一就是保证共享变量对所有线程的可见性。将一个共享变量声明为volatile后，会有以下效应： 　　1.当写一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的本地内存中的变量强制刷新到主内存中去； 　　2.这个写会操作会导致其他线程中的缓存无效。 2、禁止进行指令重排序 这里我们引用上篇文章单例里面的例子 复制代码 1 class Singleton{ 2 private volatile static Singleton instance = null; 3 4 private Singleton() { 5 } 6 7 public static Singleton getInstance() { 8 if(instance==null) { 9 synchronized (Singleton.class) { 10 if(instance==null) 11 instance = new Singleton(); 12 } 13 } 14 return instance; 15 } 16 } 复制代码 instance = new Singleton(); 这段代码可以分为三个步骤： 1、memory = allocate() 分配对象的内存空间 2、ctorInstance() 初始化对象 3、instance = memory 设置instance指向刚分配的内存 但是此时有可能发生指令重排，CPU 的执行顺序可能为： 1、memory = allocate() 分配对象的内存空间 3、instance = memory 设置instance指向刚分配的内存 2、ctorInstance() 初始化对象 在单线程的情况下，1->3->2这种顺序执行是没有问题的，但是如果是多线程的情况则有可能出现问题，线程A执行到11行代码，执行了指令1和3，此时instance已经有值了，值为第一步分配的内存空间地址，但是还没有进行对象的初始化； 此时线程B执行到了第8行代码处，此时instance已经有值了则return instance，线程B 使用instance的时候，就会出现异常。 这里可以使用 volatile 来禁止指令重排序。 从上面知道volatile关键字保证了操作的可见性和有序性，但是volatile能保证对变量的操作是原子性吗？ 下面看一个例子： 复制代码 package com.mmall.concurrency.example.count; import java.util.concurrent.CountDownLatch; /** * @author: ChenHao * @Description: * @Date: Created in 15:05 2018/11/16 * @Modified by: */ public class CountTest { // 请求总数 public static int clientTotal = 5000; public static volatile int count = 0; public static void main(String[] args) throws Exception { //使用CountDownLatch来等待计算线程执行完 final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(clientTotal); //开启clientTotal个线程进行累加操作 for(int i=0;i

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