volatile的两大性质

一、可见性

public class SynctestApplication {

//底层使用了lock指令实现锁缓存行
//-XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintAssembly -Xcomp
private volatile boolean flag = true;

public void refresh() {
flag = false;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "fix flag");
}

public void load() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "start------");
int i = 0;
while (flag) {
i++;

/**
* 1、第一种情况,当线程B睡了两秒钟,修改了flag的值,但是A线程还在循环,并没有退出while循环 ---- 不能
*/
//什么也不做

/**
* 2、睡一秒,跳出了while循环 ------ 能
* 不释放锁,让出cpu时间片,有线程上下文的切换
*/
/*try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}*/

/**
* 3、println,也可以跳出while循环 -------- 能
* synchronized 可见性保证 内存屏障
*/

//System.out.println("-----------");

/**
* 4、shortWait()休眠纳秒
*/

//休眠1秒 ----- 能
//shortWait(1000000); 缓存是否失效,线程栈中的缓存有个过期时间

//休眠0.1秒 ---- 不能
//shortWait(1000);
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "jump for: i= " + i);
}

public static void main(String[] args) {
SynctestApplication test = new SynctestApplication();
new Thread(() -> test.load(), "threadA").start();

try {
Thread.sleep(2000);
new Thread(() -> test.refresh(), "threadB").start();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}

//1毫秒=1000微秒 1毫秒=1000 000纳秒
public static void shortWait(long interval) {
//nanoTime()返回的是纳秒
long start = System.nanoTime();
long end;
do {
end = System.nanoTime();
} while(start + interval >= end);
}

}

volatile的两大性质
上图中是硬件架构,其实JMM内存模型和这个模型是一样的,只不过JMM操作的各个逻辑块,其实底层都是和上面的各个硬件有映射关系。
volatile的可见性其实就是利用了缓存一致协议(锁缓存行)(MESI)(M:修改 <----E:独占 <---- S:共享 <---- I:失效)。多个线程共享一个变量的时候,会将共享变量缓存到自己的缓存栈中,当当前这个变量是被valatile修饰的时候,那个这个变量所在的缓存行,就会被上面的MESI四种状态所标记,当前就会保证只要有一个线程修改了共享变量,总线利用总线嗅探会监测到当前的变化,并把其它缓存中的该变量的状态修改为I无效,其它线程如果需要获取该变量,都需要重新从主存中读取数据。
修改当前缓存中的共享变量对于当前线程来说是线程安全的,但是对被volatile修饰的变量来说,多个线程共同操作这个变量的时候,这个过程就不是线程安全的,所以volatile并不是线程安全的。下面是一个例子

private static volatile long sum = 0;

public static void main(String[] args) {

for (int i=0; i<5; ++i) {
new Thread(()->{
for (int j=0; j<1000; ++j) {
sum++;
}
}).start();
}

System.out.println(sum);//sum每次输出来的值,都不是我想要的
}

注意:如果多个核的线程在操作同一个缓存行中的不同变量数据,那么就会出现频繁的缓存失效,即使在代码层面看这两个线程操作的数据之间完全没有关系。这种不合理的资源竞争情况就是伪共享

public class FalseSharing {
public static void main(String[] args) {
try {
testPointer(new Pointer());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}

private static void testPointer(Pointer pointer) throws InterruptedException {
long start = System.currentTimeMillis();
Thread t1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 100000000; i++) {
pointer.x++;
}
});

Thread t2 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 100000000; i++) {
pointer.y++;
}
});

t1.start();
t2.start();
t1.join();
t2.join();

System.out.println(System.currentTimeMillis() - start);
}
}
class Pointer {
/**
* 伪共享,缓存行一般是占用64个字节,下面的x和y总共占用的是8+8=16个字节,当两个线程分别对x和y进行修改时,会造成当前缓存行频繁失效,得不停地从主存中读取数据
* 这样就会对性能有所损耗
*
* 改进策略,浪费空间换取时间的策略,补齐64字节,让x和y分别在两个缓存行,这样在锁缓存行的时候,就不会出现频繁缓存行失效的情况
*/
public volatile long x;
public long a,b,c,d,e,f,g;//避免伪共享,加上x刚好是64字节,没加这一行,执行时间大概是3秒,加了以后,执行时间是0.5毫秒
public volatile long y;
}

二、有序性(实现了相当于内存屏障的功能)

public class ReOrder {
//保证有序性,禁止重排序
private volatile static ReOrder myInstance;

public static ReOrder getMyInstance() {
if (myInstance == null) {
synchronized (ReOrder.class) {
if (myInstance == null) {
/**
* 单线程下,如果把2和3调换顺序,不会出现什么问题
* 1、分配内存空间
* 2、对象进行初始化
* 3、将地址赋值给myInstance
*
*
* 多线程的情况下
* 1、分配内存空间
* 3、将地址赋值给myInstance
* 2、对象进行初始化
* 当执行完第二步的时候,myInstance已经有值了,此时,如果第二个线程进入到getmyInstance方法里面,第一个判断结果就会返回false,
* 直接将myInstance的值返回,那么此时,就有可能对一个未初始化的对象做操作,那么加上volatile就可以防止,指令排序,2和3的位置也不会被调换
*/
myInstance = new ReOrder();
}
}
}
return myInstance;
}

public static void main(String[] args) {
ReOrder.getMyInstance();
}
}

为什么会有重排序呢???
volatile的两大性质
从上图中可以看出来(1)(2)执行的结果都一样,但是对应的数据加载的指令却不一样,一个load代表从内存中加载一次数据通过高速缓存到cpu的过程,如果有重排序,那么就会减少一次这样的过程,这样的性能就比较高

原创:https://www.panoramacn.com
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