前提:什么是Volatile? Java 虚拟机提供轻量级的同步机制

  1、保证可见性------->JMM
  2、不保证原子性
  3、禁止指令重排

一、什么是JMM

  1.JMM : Java内存模型,不存在的东西,一个概念或者约定

  2.关于JMM的一些同步的约定:

    1、线程解锁前,必须把共享变量立刻刷回主存

    2、线程加锁前,必须读取主存中的最新值到工作内存中!

    3、加锁和解锁是同一把锁

  3.8种操作:

        

  内存交互操作有8种,虚拟机实现必须保证每一个操作都是原子的,不可在分的(对于double和long类型的变量来说,load、store、read和write操作在某些平台上允许例外)

    lock (锁定):作用于主内存的变量,把一个变量标识为线程独占状态    

    unlock (解锁):作用于主内存的变量,它把一个处于锁定状态的变量释放出来,释放后的变量才可以被其他线程锁定

    read (读取):作用于主内存变量,它把一个变量的值从主内存传输到线程的工作内存中,以便随后的load动作使用

    load (载入):作用于工作内存的变量,它把read操作从主存中变量放入工作内存中

    use (使用):作用于工作内存中的变量,它把工作内存中的变量传输给执行引擎,每当虚拟机遇到一个需要使用到变量的值,就会使用到这个指令

    assign (赋值):作用于工作内存中的变量,它把一个从执行引擎中接受到的值放入工作内存的变量副本中

    store (存储):作用于主内存中的变量,它把一个从工作内存中一个变量的值传送到主内存中,以便后续的write使用

    write (写入):作用于主内存中的变量,它把store操作从工作内存中得到的变量的值放入主内存的变量中

JMM对这八种指令的使用,制定了如下规则:

    不允许read和load、store和write操作之一单独出现。即使用了read必须load,使用了store必须write

    不允许线程丢弃他最近的assign操作,即工作变量的数据改变了之后,必须告知主存

    不允许一个线程将没有assign的数据从工作内存同步回主内存

    一个新的变量必须在主内存中诞生,不允许工作内存直接使用一个未被初始化的变量。就是对变量实施use、store操作之前,必须经过assign和load操作

    一个变量同一时间只有一个线程能对其进行lock。多次lock后,必须执行相同次数的unlock才能解锁

    如果对一个变量进行lock操作,会清空所有工作内存中此变量的值,在执行引擎使用这个变量前,必须重新load或assign操作初始化变量的值

    如果一个变量没有被lock,就不能对其进行unlock操作。也不能unlock一个被其他线程锁住的变量

    对一个变量进行unlock操作之前,必须把此变量同步回主内存

二、验证Volatile的三特性

  1.验证可见性

public class Demo {
/**
* 不加 volatile 程序就会死循环!
* 加 volatile 可以保证可见性
*/
private volatile static int num = 0; public static void main(String[] args) { // main
new Thread(() -> { // 线程 1 对主内存的变化不知道的
while (num == 0) {
}
}).start();
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
num = 1;
System.out.println(num);
}
}

2.验证不保证原子性

    原子性 : 不可分割

    线程A在执行任务的时候,不能被打扰的,也不能被分割。要么同时成功,要么同时失败

public class Demo {
// volatile 不保证原子性
private volatile static int num = 0; public static void add() {
num++;
} public static void main(String[] args) {
//理论上num结果应该为 2 万
for (int i = 1; i <= 20; i++) {
new Thread(() -> {
for (int j = 0; j < 1000; j++) {
add();
}
}).start();
}
while (Thread.activeCount() > 2) { // main gc
Thread.yield();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + num);
}
}

       拓展:不使用lock跟synchronize怎样保证原子性?使用原子类,解决 原子性问题

public class Demo {

    // 原子类的 Integer
private volatile static AtomicInteger num = new AtomicInteger(); public static void add() {
// num++; // 不是一个原子性操作
num.getAndIncrement(); // AtomicInteger + 1 方法, CAS
} public static void main(String[] args) {
//理论上num结果应该为 2 万
for (int i = 1; i <= 20; i++) {
new Thread(() -> {
for (int j = 0; j < 1000; j++) {
add();
}
}).start();
}
while (Thread.activeCount() > 2) { // main gc
Thread.yield();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + num);
}
}

    3.禁止指令重排

      什么是指令重排:你写的程序,计算机并不是按照你写的那样去执行的。

      源代码-->编译器优化的重排--> 指令并行也可能会重排--> 内存系统也会重排---> 执行处理器在进行指令重排的时候,考虑:数据之间的依赖性!   

        线程 1               线程 2
         x2 = a ;             x1 = b ;
         b = 1;                a = 2 ;
     两个线程同时执行,分别有1、2、3、4四段执行代码,其中1、2属于线程1 , 3、4属于线程2 ,从程序的执行顺序上看,似乎不太可能出现x1 = 1 和x2 = 2 的情况,但实际上这种情况是有可能发现的,因为如果编译器对这段程序代码执行重排优化后,可能出现下列情况

        线程 1             线程 2
         b = 1;             a = 2 ;
        x2 = a ;           x1 = b ;

      为什么能禁止指令重排呢?内存屏障(在单例模式下用的最多),CPU指令

        

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