鹰潭旅游景点大全:因为我说:volatile 是轻量级的 synchronized,面试官让我回去等通知!

admin/2020-03-18/ 分类:科技/阅读:

因为我说:volatile 是轻量级的 synchronized,面试官让我回去等通知!

volatile 是并发编程的重要组成部分,也是面试常被问到的问题之一。不要向小强那样,因为一句:volatile 是轻量级的 synchronized,而与期望已久的大厂失之交臂。

volatile 有两大特性:保证内存的可见性和禁止指令重排序。那什么是可见性和指令重排呢?接下来我们一起来看。

内存可见性

要了解内存可见性先要从 Java 内存模型(JMM)说起,在 Java 中所有的共享变量都在主内存中,每个线程都有自己的工作内存,为了提高线程的运行速度,每个线程的工作内存都会把主内存中的共享变量拷贝一份进行缓存,以此来提高运行效率,内存布局如下图所示:

但这样就会产生一个新的问题,如果某个线程修改了共享变量的值,其他线程不知道此值被修改了,就会发生两个线程值不一致的情况,我们用代码来演示一下这个问题。

public class VolatileExample { // 可见性参数 private static boolean flag = false; public static void main(String[] args) { new Thread(() -> { try { // 暂停 0.5s 执行 Thread.sleep(500); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } flag = true; System.out.println("flag 被修改成 true"); }).start(); // 一直循环检测 flag=true while (true) { if (flag) { System.out.println("检测到 flag 变为 true"); break; } } } }

以上程序的执行结果如下:

flag 被修改成 true

我们会发现永远等不到 检测到 flag 变为 true 的结果,这是因为非主线程更改了 flag=true,但主线程一直不知道此值发生了改变,这就是内存不可见的问题。

内存的可见性是指线程修改了变量的值之后,其他线程能立即知道此值发生了改变。

我们可以使用 volatile 来修饰 flag,就可以保证内存的可见性,代码如下:

public class VolatileExample { // 可见性参数 private static volatile boolean flag = false; public static void main(String[] args) { new Thread(() -> { try { // 暂停 0.5s 执行 Thread.sleep(500); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } flag = true; System.out.println("flag 被修改成 true"); }).start(); // 一直循环检测 flag=true while (true) { if (flag) { System.out.println("检测到 flag 变为 true"); break; } } } }

以上程序的执行结果如下:

检测到 flag 变为 true
flag 被修改成 true

指令重排

指令重排是指在执行程序时,编译器和处理器常常会对指令进行重排序,已到达提高程序性能的目的。
比如小强要去图书馆还上次借的书,随便再借一本新书,而此时室友小王也想让小强帮他还一本书,未发生指令重排的做法是,小强先把自己的事情办完,再去办室友的事,这样显然比较浪费时间,还有一种做法是,他先把自己的书和小王的书一起还掉,再给自己借一本新书,这就是指令重排的意义。

但指令重排不能保证指令执行的顺序,这就会造成新的问题,如下代码所示:

public class VolatileExample { // 指令重排参数 private static int a = 0, b = 0; private static int x = 0, y = 0; public static void main(String[] args) throws InterruptedException { for (int i = 0; i < Integer.MAX_VALUE; i ) { Thread t1 = new Thread(() -> { // 有可能发生指令重排,先 x=b 再 a=1 a = 1; x = b; }); Thread t2 = new Thread(() -> { // 有可能发生指令重排,先 y=a 再 b=1 b = 1; y = a; }); t1.start(); t2.start(); t1.join(); t2.join(); System.out.println("第 " i "次,x=" x " | y=" y); if (x == 0 && y == 0) { // 发生了指令重排 break; } // 初始化变量 a = 0; b = 0; x = 0; y = 0; } } }

以上程序执行结果如下所示:

可以看出执行到 48526 次时发生了指令重排,y 就变成了非正确值 0,显然这不是我们想要的结果,这个时候就可以使用 volatile 来禁止指令重排。

以上我们通过代码的方式演示了指令重排和内存可见性的问题,接下来我们用代码来演示一下 volatile 同步方式的问题。

volatile 非同步方式

首先,我们使用 volatile 修饰一个整数变量,再启动两个线程分别执行同样次数的 和 -- 操作,最后发现执行的结果竟然不是 0,代码如下:

public class VolatileExample { public static volatile int count = 0; // 计数器 public static final int size = 100000; // 循环测试次数 public static void main(String[] args) { // 方式 Thread thread = new Thread(() -> { for (int i = 1; i <= size; i ) { count ; } }); thread.start(); // -- 方式 for (int i = 1; i <= size; i ) { count--; } // 等所有线程执行完成 while (thread.isAlive()) {} System.out.println(count); // 打印结果 } }

以上程序执行结果如下:

1065

可以看出,执行结果并不是我们期望的结果 0,我们把以上代码使用 synchronized 改造一下:

public class VolatileExample { public static int count = 0; // 计数器 public static final int size = 100000; // 循环测试次数 public static void main(String[] args) { // 方式 Thread thread = new Thread(() -> { for (int i = 1; i <= size; i ) { synchronized (VolatileExample.class) { count ; } } }); thread.start(); // -- 方式 for (int i = 1; i <= size; i ) { synchronized (VolatileExample.class) { count--; } } // 等所有线程执行完成 while (thread.isAlive()) {} System.out.println(count); // 打印结果 } }

这次执行的结果变成了我们期望的值 0。

这说明 volatile 只是轻量级的线程可见方式,并不是轻量级的同步方式,所以并不能说 volatile 是轻量级的 synchronized,终于知道为什么面试官让我回去等通知了。

volatile 使用场景

既然 volatile 只能保证线程操作的可见方式,那它有什么用呢?
volatile 在多读多写的情况下虽然一定会有问题,但如果是一写多读的话使用 volatile 就不会有任何问题。volatile 一写多读的经典使用示例就是 CopyOnWriteArrayList,CopyOnWriteArrayList 在操作的时候会把全部数据复制出来对写操作加锁,修改完之后再使用 setArray 方法把此数组赋值为更新后的值,使用 volatile 可以使读线程很快的告知到数组被修改,不会进行指令重排,操作完成后就可以对其他线程可见了,核心源码如下:

public class CopyOnWriteArrayList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable { private transient volatile Object[] array; final void setArray(Object[] a) { array = a; } //...... 忽略其他代码 }

总结

本文我们通过代码的方式演示了 volatile 的两大特性,内存可见性和禁止指令重排,使用 和 -- 的方式演示了 volatile 并非轻量级的同步方式,以及 volatile 一写多读的经典使用案例 CopyOnWriteArrayList。

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