线程安全-可见性

call_me_R 发布于2019-08-16 17:12 / 376人阅读

摘要：下图是读操作示意图操作都是指令级别的下面看一段演示代码请求总数同时并发执行的线程数我们多次运行个这段代码，发现结果并不是我们预期，只能保证可见性并不能保证原子性。

共享变量在线程间不可见的原因

线程的交叉执行

重排序结合线程交叉执行

共享变量更新后的值没有在工作内存与主内存间及时更新

使用synchronized的来保证可见性

使用synchronized的两条规定：

线程解锁前，必须把共享变量的最新值刷新到主内存

线程加锁锁时，将清空工作内存中共享变量的值，从而使用共享变量时需要从主内存中重新读取最新的值（注意加锁与解锁是同一把锁）

volatile 来实现可见性
通过加入内存屏障和禁止重拍讯优化来实现可见性。

对volatile变量写操作时，会在写操作后加入一条store屏障指令，将本地内存中的共享变量值刷新到主内存

对volatile变量进行读操作时，会在读操作前加入一条load屏障指令，从主内存中读取共享变量。

也就是说使用volatile关键字在读和写操作时都会强迫从主内存中获取变量值。

下图是使用volatile写操作的示意图

使用volatile写操作前会插入一条StoreStore指令来禁止在volatile写之前的普通写对volatile写的指令重排序优化，在写之后会插入一条StoreLoad屏障指令来防止上面的volatile写操作和下面可能有的读或者写进行指令重排序。

下图是volatile读操作示意图

volatile操作都是cpu指令级别的

下面看一段演示代码

@Slf4j
public class CountExample4 {

    // 请求总数
    public static int clientTotal = 5000;

    // 同时并发执行的线程数
    public static int threadTotal = 200;

    public static volatile int count = 0;

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        final Semaphore semaphore = new Semaphore(threadTotal);
        final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(clientTotal);
        for (int i = 0; i < clientTotal ; i++) {
            executorService.execute(() -> {
                try {
                    semaphore.acquire();
                    add();
                    semaphore.release();
                } catch (Exception e) {
                    log.error("exception", e);
                }
                countDownLatch.countDown();
            });
        }
        countDownLatch.await();
        executorService.shutdown();
        log.info("count:{}", count);
    }

    private static void add() {
        count++;
        // 1、count
        // 2、+1
        // 3、count
    }
}

我们多次运行个这段代码，发现结果并不是我们预期5000，volatile只能保证可见性并不能保证原子性。

通常来说使用volatile需要具备两个条件

对变量写操作不依赖当前值

该变量没有包含在其他变量的所在的式中

所以volatile非常适合用作状态标记量，比如做为线程是否被初始化。还有就是用double check 我之前的博客就提到的单例模式中就使用了volatile来做double check 双重检查实现单例。

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