【Java貓說】Java多線程之內存可見性（下篇）

elliott_hu 發布于2019-08-16 12:45 / 1483人閱讀

摘要：閱讀本文約分鐘上一次我們說到互斥代碼的實現過程，如果有忘記或不清楚的可以去上篇看看。貓說多線程之內存可見性上篇今天我們了解下重排序。

閱讀本文約“3分鐘”

上一次我們說到synchronized互斥代碼的實現過程，如果有忘記或不清楚的可以去上篇看看。
【Java貓說】Java多線程之內存可見性（上篇）

今天我們了解下重排序。

其使代碼書寫的順序與實現執行的順序不同，指令重排序是編譯器或處理器為了提高程序性能而做的優化，可以分為
1、編譯器優化的重排序（編譯器優化）
2、指令級并行重排序（處理器優化）
3、內存系統的重排序（處理器優化）

而as-if-serial語義原則是指：無論如何重排序，程序執行的結果應該與代碼順序執行的結果一致（Java編譯器、運行時和處理器都會保證Java在單線程下遵循as-if-serial語義）

int num1 = 1;
int num2 = 2;
int sum = num1 + num2;

對于執行的單線程而言，第1、2行的順序可以重排，但第3行不能
由此，重排序并不會給單線程帶來內存可見性問題

但是在多線程中程序交錯執行時，重排序可能會造成內存可見性問題

這里羅列了幾個原因，導致共享變量在線程間不可見的原因：
1、線程的交叉執行（synchronized原子性）
2、重排序結合線程交叉執行（synchronized原子性）
3、共享變量更新后的值沒有在工作內存與主內存間及時更新（synchronized可見性）

而對于另一個對象volatile而言其實現了可見性，但是不能保證原子性（不能保證volatile變量符合操作是的原子性）

深入來說，是通過加入內存屏障和禁止重排序優化來實現的。
1、對volatile變量執行寫操作時，會在寫操作后加一條store屏障指令
2、對volatile變量執行讀操作時，會在讀操作前加入一條load屏障指令

由此我們可以分為讀寫volatile變量的兩種操作。

線程寫volatile變量的過程：
1、改變線程工作內存中volatile變量副本的值
2、將改變后的副本的值從工作內存刷新到主內存

線程讀volatile變量的過程：
1、從主內存中讀取volatile變量的最新值到線程的工作內存中
2、從工作內存中讀取volatile變量的副本

注意：volatile是不能保證原子性的

想要在多線程中安全的使用volatile變量，必須同時滿足一下幾個條件：
1、對變量的寫入操作不依賴其當前值

- 不滿足：number++、count = count * 5
- 滿足：boolean變量、記錄數據變化的變量等

2、該變量沒有包含在具有其他變量的不變式中

- 不滿足：不變式 low < up

最后我們來比較下這兩個對象吧

- volatile不需要加鎖，比synchronized更輕量級，不會阻塞線程
- 從內存可見性角度講，volatile讀相當于加鎖，volatile寫相當于解鎖
- synchronized即能保證可見性，又能保證原子性，而volatile只能保證可見性，無法保證原子性
- volatile沒有synchronized使用的廣泛

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