原子性

Java?的原子性就和數(shù)據(jù)庫事務(wù)的原子性差不多，一個(gè)操作中要么全部執(zhí)行成功或者失敗。

JMM?只是保證了基本的原子性，但類似于?i++?之類的操作，看似是原子操作，其實(shí)里面涉及到:

• 獲取 i 的值。
• 自增。
• 再賦值給 i。

這三步操作，所以想要實(shí)現(xiàn)?i++?這樣的原子操作就需要用到?synchronized?或者是?lock?進(jìn)行加鎖處理。

如果是基礎(chǔ)類的自增操作可以使用?AtomicInteger?這樣的原子類來實(shí)現(xiàn)(其本質(zhì)是利用了?CPU?級(jí)別的 的?CAS?指令來完成的)。

其中用的最多的方法就是:?incrementAndGet()?以原子的方式自增。 源碼如下:

public final long incrementAndGet() {for (;;) {long current = get();long next = current + 1;if (compareAndSet(current, next))return next;}}

首先是獲得當(dāng)前的值，然后自增 +1。接著則是最核心的?compareAndSet()?來進(jìn)行原子更新。

public final boolean compareAndSet(long expect, long update) {return unsafe.compareAndSwapLong(this, valueOffset, expect, update);}

其邏輯就是判斷當(dāng)前的值是否被更新過，是否等于?current，如果等于就說明沒有更新過然后將當(dāng)前的值更新為?next，如果不等于則返回false?進(jìn)入循環(huán)，直到更新成功為止。

還有其中的?get()?方法也很關(guān)鍵，返回的是當(dāng)前的值，當(dāng)前值用了?volatile?關(guān)鍵詞修飾，保證了內(nèi)存可見性。

private volatile int value;

可見性

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中，由于?CPU?直接從主內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)的效率不高，所以都會(huì)對(duì)應(yīng)的?CPU?高速緩存，先將主內(nèi)存中的數(shù)據(jù)讀取到緩存中，線程修改數(shù)據(jù)之后首先更新到緩存，之后才會(huì)更新到主內(nèi)存。如果此時(shí)還沒有將數(shù)據(jù)更新到主內(nèi)存其他的線程此時(shí)來讀取就是修改之前的數(shù)據(jù)。

如上圖所示。

volatile?關(guān)鍵字就是用于保證內(nèi)存可見性，當(dāng)線程A更新了 volatile 修飾的變量時(shí)，它會(huì)立即刷新到主線程，并且將其余緩存中該變量的值清空，導(dǎo)致其余線程只能去主內(nèi)存讀取最新值。

使用?volatile?關(guān)鍵詞修飾的變量每次讀取都會(huì)得到最新的數(shù)據(jù)，不管哪個(gè)線程對(duì)這個(gè)變量的修改都會(huì)立即刷新到主內(nèi)存。

synchronized和加鎖也能能保證可見性，實(shí)現(xiàn)原理就是在釋放鎖之前其余線程是訪問不到這個(gè)共享變量的。但是和?volatile相比開銷較大。

順序性

以下這段代碼:

int a = 100 ; //1 int b = 200 ; //2 int c = a + b ; //3

正常情況下的執(zhí)行順序應(yīng)該是?1>>2>>3。但是有時(shí)?JVM?為了提高整體的效率會(huì)進(jìn)行指令重排導(dǎo)致執(zhí)行的順序可能是?2>>1>>3。但是?JVM?也不能是什么都進(jìn)行重排，是在保證最終結(jié)果和代碼順序執(zhí)行結(jié)果一致的情況下才可能進(jìn)行重排。

重排在單線程中不會(huì)出現(xiàn)問題，但在多線程中會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致的問題。

Java 中可以使用?volatile?來保證順序性，synchronized 和 lock?也可以來保證有序性，和保證原子性的方式一樣，通過同一段時(shí)間只能一個(gè)線程訪問來實(shí)現(xiàn)的。

除了通過?volatile?關(guān)鍵字顯式的保證順序之外，?JVM?還通過?happen-before?原則來隱式的保證順序性。

其中有一條就是適用于?volatile?關(guān)鍵字的，針對(duì)于?volatile?關(guān)鍵字的寫操作肯定是在讀操作之前，也就是說讀取的值肯定是最新的。

volatile 的應(yīng)用

雙重檢查鎖的單例模式

可以用?volatile?實(shí)現(xiàn)一個(gè)雙重檢查鎖的單例模式：

public class Singleton {private static volatile Singleton singleton;private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {if (singleton == null) {synchronized (Singleton.class) {if (singleton == null) {singleton = new Singleton();}}}return singleton;}}

這里的?volatile?關(guān)鍵字主要是為了防止指令重排。 如果不用?volatile?，singleton = new Singleton();，這段代碼其實(shí)是分為三步：

• 分配內(nèi)存空間。(1)
• 初始化對(duì)象。(2)
• 將?singleton?對(duì)象指向分配的內(nèi)存地址。(3)

加上?volatile?是為了讓以上的三步操作順序執(zhí)行，反之有可能第三步在第二步之前被執(zhí)行就有可能導(dǎo)致某個(gè)線程拿到的單例對(duì)象還沒有初始化，以致于使用報(bào)錯(cuò)。

控制停止線程的標(biāo)記

private volatile boolean flag ;private void run(){new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {doSomeThing();}});}private void stop(){flag = false ;}

這里如果沒有用 volatile 來修飾 flag ，就有可能其中一個(gè)線程調(diào)用了?stop()方法修改了 flag 的值并不會(huì)立即刷新到主內(nèi)存中，導(dǎo)致這個(gè)循環(huán)并不會(huì)立即停止。

這里主要利用的是?volatile?的內(nèi)存可見性。

總結(jié)一下:

• volatile?關(guān)鍵字只能保證可見性，順序性，不能保證原子性。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java 多线程三大核心的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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