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并发编程系列之变量可见性问题探究

SmileNicky

发布于 2021-11-17 02:49:22

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并发编程系列之变量可见性问题探究

1、什么是并发中的变量可见性问题

以例子的形式看看，定义一个变量，先用static修饰，在主线程修改之后，看看在新开的子线程里能被看到？

public class Example {
private static boolean flag = true;
    
    public void testss() {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                int i = 0;
                while (IfTest.flag) {
                        i++;
                }
                System.out.println(i);
            }
        }).start();
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        IfTest.flag = false;
        System.out.println("设置flag");
    }
}

执行，控制台打印：

设置flag

ps:主线程对flag变量进行修改，子线程是不能看到的，所以里面一直在循环，不能打印统计数据值。然后怎么才能让并发线程看见？

方式1：使用volatile关键字

public class Example {
private static volatile boolean flag = true;
    
    public void testss() {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                int i = 0;
                while (IfTest.flag) {
                        i++;
                }
                System.out.println(i);
            }
        }).start();
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        IfTest.flag = false;
        System.out.println("设置flag");
    }
}

控制台打印：

设置flag 72071943

方式2：使用synchronized同步锁

public class Example {
private static boolean flag = true;
    
    public void testss() {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                int i = 0;
                while (IfTest.flag) {
                    synchronized (this) {
                        i++;
                    }
                }
                System.out.println(i);
            }
        }).start();
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        IfTest.flag = false;
        System.out.println("设置flag");
    }
}

控制台打印：

设置flag 86726163

2、什么是Java内存模型？

解答这个问题，需要涉及到Java的内存模型，如下所示，Java内存模型及操作规范：

共享变量都是放在主内存中的
每个线程都有自己的工作内存，线程只可操作自己的工作内存
线程要操作共享变量，需要从主内存中读取到工作内存，改变值之后要从工作内存同步到主内存

Java内存模型的同步交换协议，规定了8种原子操作

原子操作：不可被中断的一个或一系列操作

lock（锁定）：将主内存中的变量锁定，为一个线程所独占
unlock（解锁）：将lock加的锁解除，其他的线程有机会访问此变量
read（读取）：作用于主内存变量，将主内存中的变量值读取到工作内存
load（加载）：作用于工作内存，将read读取到的值保存到工作内存中的变量副本
use（使用）：作用于工作内存变量，将值传递给线程的代码执行引擎
assign（赋值）：作用于工作内存变量，将执行引擎处理返回的值重新赋值给变量副本
store（存储）：作用于工作内存变量，将变量副本的值传送到主内存中
write（写入）：作用于主内存变量，将store传送过来的值写入到主内存的共享变量中

Java内存模型的同步交互协议，执行上述8种原子操作时必须满足如下规则

不允许read和load，store和write操作之一单独出现。即不允许加载或同步工作到一半。
不允许一个线程丢弃它最近的assign操作，即变量在工作内存中改变之后，必须将数据同步回主内存
不允许一个线程无原因地（无assign操作）将数据从工作内存同步到主内存中。
一个新的变量可能在主内存中诞生。
一个变量在同一个时刻只允许一条线程对其进行lock操作，但lock操作可以被同一条线程重复执行多次，多次lock之后必须要执行相同次数unlock操作，变量才会解锁
如果对一个对象进行lock操作，那么会清空工作内存变量中的值，在执行引擎使用这个变量前，需要重新执行load或assign操作初始变量的值
如果一个对象事先没有被lock，就不允许对其进行unlock操作，也不允许去unlock一个被其他线程锁住的变量。
对一个变量执行unlock操作之前，必须将此变量同步回主内存中（执行store、write）