java 并发——内置锁 (4)

可见性是一种复杂的属性,因为可见性中的错误总是会违背我们的直觉。通常,我们无法确保执行读操作的线程能适时地看到其他线程写入的值,有时甚至是根本不可能的事情。为了确保多个线程之间对内存写入操作的可见性,必须使用同步机制。


可见性,是指线程之间的可见性,一个线程修改的状态对另一个线程是可见的。也就是一个线程修改的结果。另一个线程马上就能看到。比如:用volatile修饰的变量,就会具有可见性。volatile修饰的变量不允许线程内部缓存和重排序,即直接修改内存。所以对其他线程是可见的。但是这里需要注意一个问题,volatile只能让被他修饰内容具有可见性,但不能保证它具有原子性。
下面这段代码:

public class A { private static boolean flag = false; public static void main(String[] args) { new Thread() { @Override public void run() { while (!flag) { } } }.start(); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } flag = true; } }

看执行结果:

java 并发——内置锁

可以看到程序并没有像我们所期待的那样,在一秒之后,退出,而是一直处于循环中。
下面给 flag 加上 volatile 关键修饰:

public class A { private static volatile boolean flag = false; public static void main(String[] args) { new Thread() { @Override public void run() { while (!flag) { } } }.start(); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } flag = true; } }

再看结果:

java 并发——内置锁




结果表明,没有用 volatile 修饰 flag 之前,改变了不具有可见性,一个线程将它的值改变后,另一个线程却 “不知道”,所以程序没有退出。当把变量声明为 volatile 类型后,编译器与运行时都会注意到这个变量是共享的,因此不会将该变量上的操作与其他内存操作一起重排序。volatile 变量不会被缓存在寄存器或者对其他处理器不可见的地方,因此在读取volatile类型的变量时总会返回最新写入的值。

在访问volatile变量时不会执行加锁操作,因此也就不会使执行线程阻塞,因此volatile变量是一种比sychronized关键字更轻量级的同步机制。

java 并发——内置锁

当对非 volatile 变量进行读写的时候,每个线程先从内存拷贝变量到CPU缓存中。如果计算机有多个CPU,每个线程可能在不同的CPU上被处理,这意味着每个线程可以拷贝到不同的 CPU cache 中。

而声明变量是 volatile 的,JVM 保证了每次读变量都从内存中读,跳过 CPU cache 这一步。

volatile 修饰的遍历具有如下特性:

保证此变量对所有的线程的可见性,当一个线程修改了这个变量的值,volatile 保证了新值能立即同步到主内存,以及每次使用前立即从主内存刷新。但普通变量做不到这点,普通变量的值在线程间传递均需要通过主内存(详见:Java内存模型)来完成。

禁止指令重排序优化。

不会阻塞线程。

synchronized 与可见性

细心的人应该发现了,上面代码中的循环是一个空循环,我试着去掉 volatile 关键字,在循环里面加了一条打印信息,如下:

public class A { private static boolean flag = false; public static void main(String[] args) { new Thread() { @Override public void run() { while (!flag) { System.out.println("---"); } } }.start(); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } flag = true; } }

结果会是怎样,会一直打印 "---" 吗?看结果:

java 并发——内置锁

奇怪了,为什么没有使用 volatile 关键字,一秒之后程序也推出了。点击查看 System.out.println(String x) 的源码:

public void println(String x) { synchronized (this) { print(x); newLine(); } }

我们发现,该方法加锁同步了。

那么问题来了,synchronized 到底干了什么。。

按理说,synchronized 只会保证该同步块中的变量的可见性,发生变化后立即同步到主存,但是,flag 变量并不在同步块中,实际上,JVM对于现代的机器做了最大程度的优化,也就是说,最大程度的保障了线程和主存之间的及时的同步,也就是相当于虚拟机尽可能的帮我们加了个volatile,但是,当CPU被一直占用的时候,同步就会出现不及时,也就出现了后台线程一直不结束的情况。

参考书籍:
《Java 并发编程实战》
《Java 编程思想 第四版》

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