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内存可见性和原子性:Synchronized和Volatile的比较

Java多线程之内存可见性和原子性:Synchronized和Volatile的比较

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在说明Java多线程内存可见性之前,先来简单了解一下Java内存模型。

(1)Java所有变量都存储在主内存中 (2)每个线程都有自己独立的工作内存,里面保存该线程的使用到的变量副本(该副本就是主内存中该变量的一份拷贝)

(1)线程对共享变量的所有操作都必须在自己的工作内存中进行,不能直接在主内存中读写 (2)不同线程之间无法直接访问其他线程工作内存中的变量,线程间变量值的传递需要通过主内存来完成。 线程1对共享变量的修改,要想被线程2及时看到,必须经过如下2个过程: (1)把工作内存1中更新过的共享变量刷新到主内存中 (2)将主内存中最新的共享变量的值更新到工作内存2中

可见性与原子性

可见性:一个线程对共享变量的修改,更够及时的被其他线程看到 原子性:即不可再分了,不能分为多步操作。比如赋值或者return。比如"a = 1;"和 "return a;"这样的操作都具有原子性。类似"a += b"这样的操作不具有原子性,在某些JVM中"a += b"可能要经过这样三个步骤: ① 取出a和b ② 计算a+b ③ 将计算结果写入内存

(1)Synchronized:保证可见性和原子性 Synchronized能够实现原子性和可见性;在Java内存模型中,synchronized规定,线程在加锁时,先清空工作内存→在主内存中拷贝最新变量的副本到工作内存→执行完代码→将更改后的共享变量的值刷新到主内存中→释放互斥锁

(2)Volatile:保证可见性,但不保证操作的原子性 Volatile实现内存可见性是通过store和load指令完成的;也就是对volatile变量执行写操作时,会在写操作后加入一条store指令,即强迫线程将最新的值刷新到主内存中;而在读操作时,会加入一条load指令,即强迫从主内存中读入变量的值。但volatile不保证volatile变量的原子性,例如:

[java] view plain copy

  1. Private int Num=0;
  2. Num++;//Num不是原子操作

Num不是原子操作,因为其可以分为:读取Num的值,将Num的值+1,写入最新的Num的值。 对于Num++;操作,线程1和线程2都执行一次,最后输出Num的值可能是:1或者2 【解释】输出结果1的解释:当线程1执行Num++;语句时,先是读入Num的值为0,倘若此时让出CPU执行权,线程获得执行,线程2会重新从主内存中,读入Num的值还是0,然后线程2执行+1操作,最后把Num=1刷新到主内存中; 线程2执行完后,线程1由开始执行,但之前已经读取的Num的值0,所以它还是在0的基础上执行+1操作,也就是还是等于1,并刷新到主内存中。所以最终的结果是1

一般在多线程中使用volatile变量,为了安全,对变量的写入操作不能依赖当前变量的值:如Num++或者Num=Num*5这些操作。

(3)Synchronized和Volatile的比较 1)Synchronized保证内存可见性和操作的原子性 2)Volatile只能保证内存可见性 3)Volatile不需要加锁,比Synchronized更轻量级,并不会阻塞线程(volatile不会造成线程的阻塞;synchronized可能会造成线程的阻塞。) 4)volatile标记的变量不会被编译器优化,而synchronized标记的变量可以被编译器优化(如编译器重排序的优化). 5)volatile是变量修饰符,仅能用于变量,而synchronized是一个方法或块的修饰符。 volatile本质是在告诉JVM当前变量在寄存器中的值是不确定的,使用前,需要先从主存中读取,因此可以实现可见性。而对n=n+1,n++等操作时,volatile关键字将失效,不能起到像synchronized一样的线程同步(原子性)的效果。

【相关习题】

(1)下列说法不正确的是() A.当两个并发线程访问同一个对象object中的这个synchronized(this)同步代码块时,一个时间内只能有一个线程得到执行。 B.当一个线程访问object的一个synchronized(this)同步代码块时,另一个线程仍然可以访问该object中的非synchronized(this)同步代码块。 C.当一个线程访问object的一个synchronized(this)同步代码块时,其他线程对object中所有其它synchronized(this)同步代码块的访问不会被阻塞。 D.当一个线程访问object的一个synchronized(this)同步代码块时,它就获得了这个object的对象锁。结果,其它线程对该object对象所有同步代码部分的访问都被暂时阻塞。 答案:C,当一个线程访问object的一个synchronized(this)同步代码块时,其他线程对object中所有其它synchronized(this)同步代码块的访问将会被阻塞。 (2)下面叙述错误的是: A.通过synchronized和volatile都可以实现可见性 B.不同线程之间可以直接访问其他线程工作内存中的变量 C.线程对共享变量的所有操作都必须在自己的工作内存中进行 D.所有的变量都存储在主内存中 答案:B,不同线程之间无法直接访问其他线程工作内存中的变量

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