关于java:对象的可见性-volatile篇

作者：汤圆

集体博客：javalover.cc

前言

官人们好啊，我是汤圆，明天给大家带来的是《对象的可见性 – volatile 篇》，心愿有所帮忙，谢谢

文章如果有误，心愿大家能够指出，真心感激

简介

当一个线程批改了某个共享变量时（非局部变量，所有线程都能够拜访失去），其余线程总是能立马读到最新值，这时咱们就说这个变量是具备可见性的

如果是单线程，那么可见性是毋庸置疑的，必定改了就能看到（直肠子，有啥说啥，大家都能看到）

然而如果是多线程，那么可见性就须要通过一些伎俩来维持了，比方加锁或者 volatile 修饰符（花花肠子，各种套路让人措手不及）

PS：实际上，没有真正的直肠子，据科学研究表明，人的肠子长达 8 米左右（～身高的 5 倍）

目录

1. 单线程和多线程中的可见性比照
2. volatile 修饰符
3. 指令重排序
4. volatile 和加锁的区别

注释

1. 单线程和多线程中的可见性比照

这里咱们举两个例子来看下，来理解什么是可见性问题

上面是一个单线程的例子，其中有一个共享变量

public class SignleThreadVisibilityDemo {
    // 共享变量
    private int number;
    public void setNumber(int number){this.number = number;}
    public int getNumber(){return this.number;}
    public static void main(String[] args) {SignleThreadVisibilityDemo demo = new SignleThreadVisibilityDemo();
        System.out.println(demo.getNumber());
        demo.setNumber(10);
        System.out.println(demo.getNumber());
    }
}

输入如下：能够看到，第一次共享变量 number 为初始值 0，然而调用 setNumber(10) 之后，再读取就变成了 10

0
10

改了就能看到，如果多线程也有这么简略，那多好（来自菜鸟的内心独白）。

上面咱们看一个多线程的例子，还是那个共享变量

package com.jalon.concurrent.chapter3;

/**
 * <p>
 *  可见性: 多线程的可见性问题
 * </p>
 *
 * @author: JavaLover
 * @time: 2021/4/27
 */
public class MultiThreadVisibilityDemo {
    // 共享变量
    private int number;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {MultiThreadVisibilityDemo demo = new MultiThreadVisibilityDemo();
        new Thread(()->{
              // 这里咱们做个假死循环，只有没给 number 赋值（初始化除外），就始终循环
            while (0==demo.number);
            System.out.println(demo.number);
        }).start();
        Thread.sleep(1000);
        // 168 不是身高，只是个比拟吉利的数字
        demo.setNumber(168);
    }

    public int getNumber() {return number;}

    public void setNumber(int number) {this.number = number;}

}

输入如下：

你没看错，就是输入为空，而且程序还在始终运行（没有试过，如果不关机，会不会有输入 number 的那一天）

这时就呈现了可见性问题，即主线程改了共享变量 number，而子线程却看不到

起因是什么呢？

咱们用图来谈话吧，会轻松点

步骤如下：

1. 子线程读取 number 到本人的栈中，备份
2. 主线程读取 number，批改，写入，同步到内存
3. 子线程此时没有意识到 number 的扭转，还是读本人栈中的备份 ready（可能是各种性能优化的起因）

那要怎么解决呢？

加锁或者 volatile 修饰符，这里咱们加 volatile

批改后的代码如下：

public class MultiThreadVisibilityDemo {
    // 共享变量，加了 volatile 修饰符，此时 number 不会备份到其余线程，只会存在共享的堆内存中
    private volatile int number;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {MultiThreadVisibilityDemo demo = new MultiThreadVisibilityDemo();
        new Thread(()->{while (0==demo.number);
            System.out.println(demo.number);
        }).start();
        Thread.sleep(1000);
        // 168 不是身高，只是个比拟吉利的数字
        demo.setNumber(168);
    }

    public int getNumber() {return number;}

    public void setNumber(int number) {this.number = number;}

}

输入如下：

168

能够看到，跟咱们预期的一样，子线程能够看到主线程做的批改

上面就让咱们一起来摸索 volatile 的小世界吧

2. volatile 修饰符

volatile 是一种比加锁稍弱的同步机制，它和加锁最大的区别就是，它不能保障原子性，然而它轻量啊

咱们先把下面那个例子说完；

咱们加了 volatile 修饰符后，子线程就能够看到主线程做的批改，那么 volatile 到底做了什么呢？

其实咱们能够把 volatile 看做一个标记，如果虚拟机看到这个标记，就会认为被它润饰的变量是易变的，不稳固的，随时可能被某个线程批改；

此时虚拟机就不会对与这个变量相干的指令进行重排序（上面会讲到），而且还会将这个变量的扭转实时告诉到各个线程（可见性）

用图谈话的话，就是上面这个样子：

能够看到，线程中的 number 备份都不须要了，每次须要 number 的时候，都间接去堆内存中读取，这样就保障了数据的可见性

3. 指令重排序

指令重排序指的是，虚拟机有时候为了优化性能，会把某些指令的执行程序进行调整，前提是指令的依赖关系不能被毁坏（比方 int a = 10; int b = a; 此时就不会重排序）

上面咱们看下可能会重排序的代码：

public class ReorderDemo {public static void main(String[] args) {
        int a = 1;
        int b = 2;
        int m = a + b;
        int c = 1;
        int d = 2;
        int n = c - d;
    }
}

这里咱们要理解一个底层常识，就是每一条语句的执行，在底层零碎都是分好几步走的（比方第一步，第二步，第三步等等，这里咱们就不波及那些汇编常识了，大家感兴趣能够参考看下《实战 Java 高并发》1.5.4）；

当初让咱们回到下面这个例子，依赖关系如下：

能够看到，他们三三成堆，互不依赖，此时如果产生了重排序，那么就有可能排成上面这个样子

（上图只是从代码层面进行的成果演示，实际上指令的重排序比这个细节很多，这里次要理解重排序的思维先）

因为 m =a+ b 须要依赖 a 和 b 的值，所以当指令执行到 m =a+ b 的 add 环节时，如果 b 还没筹备好，那么 m =a+ b 就须要期待 b，前面的指令也会期待；

然而如果重排序，把 m =a+ b 放到前面，那么就能够利用 add 期待的这个空档期，去筹备 c 和 d；

这样就缩小了等待时间，晋升了性能（感觉有点像上学时候学的 C，习惯性地先定义变量一大堆，而后再编写代码）

4. volatile 和加锁的区别

区别如下

下面所说的有序性指的就是禁止指令的重排序，从而使得多线程中不会呈现乱序的问题；

咱们能够看到，加锁和 volatile 最大的区别就是原子性；

次要是因为 volatile 只是针对某个变量进行润饰，所以就有点像原子变量的复合操作（尽管原子变量自身是原子操作，然而多个原子变量放到一起，就无奈保障了）

总结

1. 可见性在单线程中没问题，然而多线程会有问题
2. volatile 是一种比加锁轻量级的同步机制，能够保障变量的可见性和有序性（禁止重排序）
3. 指令重排序：有时虚拟机为了优化性能，会在运行时把互相没有依赖的代码程序从新排序，以此来缩小指令的等待时间，提高效率
4. 加锁和 volatile 的区别：加锁能够保障原子性，volatile 不能够

参考内容：

• 《Java 并发编程实战》
• 《实战 Java 高并发》

后记

最初，感激大家的观看，谢谢

原创不易，期待官人们的三连哟