線程安全-可見性

call_me_R 發布于2019-08-16 17:12 / 445人閱讀

摘要：下圖是讀操作示意圖操作都是指令級別的下面看一段演示代碼請求總數同時并發執行的線程數我們多次運行個這段代碼，發現結果并不是我們預期，只能保證可見性并不能保證原子性。

共享變量在線程間不可見的原因

線程的交叉執行

重排序結合線程交叉執行

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

使用synchronized的來保證可見性

使用synchronized的兩條規定：

線程解鎖前，必須把共享變量的最新值刷新到主內存

線程加鎖鎖時，將清空工作內存中共享變量的值，從而使用共享變量時需要從主內存中重新讀取最新的值（注意加鎖與解鎖是同一把鎖）

volatile 來實現可見性
通過加入內存屏障和禁止重拍訊優化來實現可見性。

對volatile變量寫操作時，會在寫操作后加入一條store屏障指令，將本地內存中的共享變量值刷新到主內存

對volatile變量進行讀操作時，會在讀操作前加入一條load屏障指令，從主內存中讀取共享變量。

也就是說使用volatile關鍵字在讀和寫操作時都會強迫從主內存中獲取變量值。

下圖是使用volatile寫操作的示意圖

使用volatile寫操作前會插入一條StoreStore指令來禁止在volatile寫之前的普通寫對volatile寫的指令重排序優化，在寫之后會插入一條StoreLoad屏障指令來防止上面的volatile寫操作和下面可能有的讀或者寫進行指令重排序。

下圖是volatile讀操作示意圖

volatile操作都是cpu指令級別的

下面看一段演示代碼

@Slf4j
public class CountExample4 {

    // 請求總數
    public static int clientTotal = 5000;

    // 同時并發執行的線程數
    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
    }
}

我們多次運行個這段代碼，發現結果并不是我們預期5000，volatile只能保證可見性并不能保證原子性。

通常來說使用volatile需要具備兩個條件

對變量寫操作不依賴當前值

該變量沒有包含在其他變量的所在的式中

所以volatile非常適合用作狀態標記量，比如做為線程是否被初始化。還有就是用double check 我之前的博客就提到的單例模式中就使用了volatile來做double check 雙重檢查實現單例。

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