JMM中主要是圍繞并發(fā)過程中如何處理原子性，可見性和有序性三個特性來建立的。最終可以保證線程安全性，volatile和synchronized兩個關(guān)鍵字又是我們最常碰到與最容易提到的關(guān)鍵字，這次放在一起來講。
線程安全性：當(dāng)多個線程訪問某個類的時候，不管運行環(huán)境采用何種調(diào)度方式或這些線程如何交替執(zhí)行，并且在主調(diào)代碼中不需要額外的同步或協(xié)同，這個類都能表現(xiàn)出正確的行為，那么就稱這個類是線程安全的。
原子性、可見性與有序性
首先來看一下這幾個特性代表的具體含義。
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原子性(Atomicity)：原子性是指，一個操作是不可中斷的。即使是多個線程一起執(zhí)行的時候，一個操作一旦開始，就不會被其他線程干擾。
JDK的包中提供了專門的原子包
java.util.concurrent.atomic，synchronized關(guān)鍵字還有Lock來讓程序在并發(fā)環(huán)境下具有原子性的特點。 -
可見性(Visibility):可見性是指當(dāng)一個線程修改了共享變量的值，其它線程能立即得知這個修改。
volatile,synchronized和final關(guān)鍵字能實現(xiàn)可見性。使用final關(guān)鍵字需要注意
對象逃逸 -
有序性：如果再本線程內(nèi)觀察，所有操作都是有序的，如果再一個線程中觀察另外一個線程，那么所有操作都是無序的。前半句是指“線程內(nèi)表現(xiàn)為串行”，后半句是指“指令重排序”現(xiàn)象和“工作內(nèi)存與主內(nèi)存同步延遲現(xiàn)象”
volatile和synchronized關(guān)鍵字可以線程之間操作的有序性。
Volatile
一個變量定義為volatile之后，它將具有兩種特性：
- 保證次變了對所有線程的可見性，一條線程修改了這個值，新值對其它線程是可以立即得知的。
- 禁止指令重排優(yōu)化。
volatile變量在寫操作時候，會在寫操作后加上store屏障指令，將本地內(nèi)存刷新到主內(nèi)存。
volatile變量讀操作的時候，會在讀操作之前加入一條load屏障指令，從主內(nèi)存中讀取共享變量。
關(guān)于JMM的8大操作指令，可以查看我的上篇文章，java內(nèi)存模型。
volatile變量為什么在并發(fā)下不安全？
volatile變量在各個線程的工作內(nèi)存中也可以存在不一致的情況，但由于每次使用之前都要刷新，執(zhí)行引擎看不到不一致的情況，因此可以認(rèn)為不存在一致性問題，但是Java里面的運算并非原子操作。
假如說一個寫入值操作不需要依賴依賴這個值的原先值，那么在進(jìn)行寫入的時候我們就不需要進(jìn)行讀取操作。
寫入操作對原本的值的時候沒有要求，那么所有線程都可以寫入新的值，雖然讀取到的值是相同的，每個線程的操作也是正確的，但是最終結(jié)果卻是錯誤的。
感興趣的可以運行如下代碼:
public class VolatileTest {
public static volatile int count = 0;
public static final int THREAD_COUNT = 20;
public static void add(){
count++;
}
public static void main(String[] args) {
Thread[] threads = new Thread[THREAD_COUNT];
for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
threads[i] = new Thread(() -> {
for (int j = 0; j < 1000; j++) {
add();
}
});
threads[i].start();
}
for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
threads[i].join();
}
System.out.println(count);
}
}
// 如果并發(fā)正確的話：應(yīng)該是20000，但是每次運行結(jié)果都不到20000
Volatile適合做什么？
適合做標(biāo)量，當(dāng)一個線程對某個變量進(jìn)行讀寫操作，而其它線程僅僅進(jìn)行讀操作的時候，是可以保證volatile的正確性的。如下：
volatile bool stopped;
public void stop(){
stopped = true
}
while(!stoppped){
// 執(zhí)行操作
}
Synchronized
Synchronized保證了原子性，可見性與有序性，它的工作時對同步的代碼塊加鎖，使得每次只有一個線程進(jìn)入代碼塊，從而保證線程安全。synchronized反應(yīng)到字節(jié)碼層面就是monitorenter與monitorexit.
注意*：雖然synchonized關(guān)鍵字看起來是萬能的，能保證線程安全性，但是越萬能的控制往往越伴隨著越大的性能影響。
Synchonzied用法
- 實例方法上，被修飾的方法稱為同步方法，其作用的范圍是整個方法，作用的對象是調(diào)用這個方法的對象；
- 靜態(tài)方法上，其作用的范圍是整個靜態(tài)方法，作用的對象是這個類的所有對象；
- 實例方法
代碼塊. - 靜態(tài)方法代碼塊。
//實例方法
public synchronized void add(int value){
this.count += value;
}
//靜態(tài)方法
public static synchronized void add(int value){
count += value;
}
//實例方法代碼塊
public void add(int value){
synchronized(this){
this.count += value;
}
}
//靜態(tài)方法代碼塊
public class MyClass {
public static synchronized void log1(String msg1, String msg2){
log.writeln(msg1);
log.writeln(msg2);
}
public static void log2(String msg1, String msg2){
synchronized(MyClass.class){
log.writeln(msg1);
log.writeln(msg2);
}
}
}
Synchonzied案例
public class SynchronziedTest implements Runnable{
static int i = 0;
static int j = 0;
static SynchronziedTest instance= new SynchronziedTest();
@Override
public void run() {
for (int j = 0; j < 1000000; j++) {
increase();
}
}
public synchronized void increase(){
i++;
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 注意新建的線程指向的同一個實例，
// 如果指向不同的實例，那么兩個線程關(guān)注的鎖就不是同一把鎖，就會導(dǎo)致線程不安全
Thread t1 = new Thread(instance);
Thread t2 = new Thread(instance);
//錯誤的用法
// Thread t3 = new Thread(new SynchronziedTest());
// Thread t4 = new Thread(new SynchronziedTest());
t1.start();
t2.start();
t1.join();
t2.join();
System.out.println(i);
}
}
//結(jié)果為:200000
注意創(chuàng)建線程的時候指向同一個實例，才會鎖住相同的對象。
最后
這次我們講了線程安全性的基本原則，然后解釋了volatile和synchronized關(guān)鍵字，多線程中不得不掌握的關(guān)鍵字。
參考
- 《實戰(zhàn)Java高并發(fā)設(shè)計》
- 《深入理解JVM虛擬機》
- 《Java并發(fā)編程與高并發(fā)解決方案》
