前言

前段時間筆者寫過一篇關(guān)于, 關(guān)于《反骨之Java是如何解決并發(fā)中的原子性問題》的博文。

其中，提出一個觀點：Java中使用互斥鎖和CAS解決了并發(fā)中的原子性問題。

那么，本篇博文則主要探討的是：

Java中如何利用Java內(nèi)存模型規(guī)范中的Volatile、synchronized、final關(guān)鍵字解決可見性問題。

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正文

在開始重點之前，我們注意到上文提到的兩個關(guān)鍵詞，即內(nèi)存模型和可見性問題。

由于筆者在《反骨之硬件&軟件為Java并發(fā)編程中挖的坑(可見性&原子性&有序性)》一文中，對可見性僅是一筆帶過，所在筆者認為在本篇博文中，需要對可見性進行更進一步的解釋。

所以，在談解決可見性問題之前，我們需要聊聊可見性問題&Java內(nèi)存模型。

什么是可見性問題呢？

• 可見性，主要強調(diào)一個線程對某個共享變量進行更新之后，后續(xù)訪問該共享變量的線程可能無法立即讀取到更新后的最新結(jié)果，甚至永遠也無法得知其他線程對該共享變量進行過修改操作。那么，這種問題，我們可以稱其為：可見性問題。

當然，可見性問題是也是線程安全性的表現(xiàn)形式之一。

線程安全性的表現(xiàn)形式，即為：原子、有序、可見性。

什么是Java內(nèi)存模型(JMM)？

• 簡單來說，Java內(nèi)存模型是一組規(guī)范，這些規(guī)范告訴JVM如何解決原子性、有序性和可見性問題。

我們知道Java的對象一般是放在堆內(nèi)存中的，而堆內(nèi)存是線程共享的，所以Java內(nèi)存模型的影響范圍一般只涉及堆內(nèi)存。這里，JMM有一張比較形象的圖1-1：

我們可以看到，JMM處于線程和主內(nèi)存中間，充當中介人的角色。

當線程和主內(nèi)存只能通過JMM通信的時候，那么JMM就是唯一的主宰！

接下來是JMM的自我介紹：

大家好，我叫Java memory model(JMM)
為了更好的解決并發(fā)編程中的線程安全性問題，即保證并發(fā)中的原子性、有序性和可見性。
所以，我規(guī)定了以下規(guī)則。
規(guī)則一：每個線程都有獨立的工作內(nèi)存, 即工作內(nèi)存(本地線程)
規(guī)則二：所有的共享變量都必須在主內(nèi)存中, 且只能通過JMM進行控制訪問。
規(guī)則三：所有的共享變量都必須在主內(nèi)存中，每個線程都有自己的工作內(nèi)存(本地內(nèi)存)，線程的所有操作都必須在工作內(nèi)存中進行，而不能直接對主內(nèi)存進行操作。
規(guī)則四：工作內(nèi)存之間禁止互相訪問。

掌握絕對權(quán)力之后，那么JMM就可以制定可見性規(guī)范：

比如：當線程A想跟線程B通信的時候

• 首先，線程A需要把自己本地內(nèi)存中更新后的共享變量副本，刷新到主內(nèi)存中。
• 隨后，線程B跳過讀取本地內(nèi)存，直接向主內(nèi)存中讀取共享變量的值，將主內(nèi)存中讀取的值放入自己的本地內(nèi)存中。

從這里可以看出，JMM是通過控制主內(nèi)存和每個線程的本地內(nèi)存之間的交互，來達到可見性目的的。

眾所周知，JMM是一組抽象的復(fù)雜的規(guī)范，那么如何把抽象的、復(fù)雜的規(guī)范變成現(xiàn)實可用的方法呢？

所以，Java到底是利用什么手段或措施，保證多線程環(huán)境下，共享變量是立即可見性的(鎖&volatile&final)。

• 手段一：synchronized或Lock——互斥鎖

在并發(fā)編程中，一旦使用互斥鎖，一般能解決所有并發(fā)問題！

所以，可見性可以使用互斥鎖進行保障。

• 手段二：volatile關(guān)鍵字

在這里筆者并不講volitale的底層實現(xiàn)原理，具體的底層實現(xiàn)細節(jié)筆者會單獨寫一篇博文來進行介紹。

其實，被volitale關(guān)鍵字修飾的共享變量，具有兩個語義(這里的語義，可以理解為潛規(guī)則)。

• 語義一：保證可見性。即，保證線程對共享變量的修改，對其他線程是立即可見的。

volatile關(guān)鍵字保證立即可見，其中有幾點需要注意：

其一，使用volatile關(guān)鍵字會強制將修改的值(共享變量)立即寫/讀入主內(nèi)存。

如何實現(xiàn)強制寫入主內(nèi)存？

在圖1-1中我們可以看到存在線程A和線程B。那么，當線程A對共享變量進行修改的時候，會導(dǎo)致線程B工作內(nèi)存中的共享變量副本失效。

如何實現(xiàn)強制讀取主內(nèi)存？

一旦線程工作內(nèi)存中的共享變量副本失效，那么就必須重新從主內(nèi)存中讀取最新的值。

當然，看到這里相信讀者們已經(jīng)看出來了，volitale的語義一是利用緩存一致性協(xié)議(MESI)來保證的。

• 語義二：保證有序性。

額…好像保證有序性在本篇博文，出現(xiàn)地有點不合時宜。

反正，讀者們只需要記住：

volitale關(guān)鍵字利用禁止指令重排序和禁止編譯優(yōu)化，保證有序性。

• 手段三：final關(guān)鍵字

有final修飾的變量(基本類型)具有不可變性，當且僅有一次賦值，一旦賦值即不可變。

不可變的變量或?qū)ο?#xff0c;我們可以稱其為線程安全變量/對象。

因為，final關(guān)鍵字修飾的變量是不可變的，在多線程環(huán)境中不管怎么操作，都是同一個值。

所以，final關(guān)鍵字是保證可見性的手段之一。

總結(jié)

• Java內(nèi)存模型也稱為內(nèi)存一致性模型，是一些復(fù)雜規(guī)范的抽象集合，其中規(guī)定了工作內(nèi)存和主內(nèi)存的概念。

• volitale關(guān)鍵字具有兩種語義：保證可見性&有序性。

• final關(guān)鍵字意味著不可變(基本數(shù)據(jù)類型byte, int……)，所以在多線程環(huán)境下是立即可見的。

• synchronized、volitale、final三個關(guān)鍵字，可以看做是Java內(nèi)存模型對可見性問題提出的解決方案。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的反骨之Java是如何解决并发中的可见性问题的的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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