写在前面
volatile两大特性
- 保证变量的可见性:当一个被volatile关键字修饰的变量被一个线程修改的时候,其他线程可以立刻得到修改之后的结果。当一个线程向被volatile关键字修饰的变量写入数据的时候,虚拟机会强制它被值刷新到主内存中。当一个线程用到被volatile关键字修饰的值的时候,虚拟机会强制要求它从主内存中读取。
- 屏蔽指令重排序:指令重排序是编译器和处理器为了高效对程序进行优化的手段,它只能保证程序执行的结果时正确的,但是无法保证程序的操作顺序与代码顺序一致。这在单线程中不会构成问题,但是在多线程中就会出现问题。非常经典的例子是在单例方法中同时对字段加入volatile,就是为了防止指令重排序。
这篇文章主要从其第一个特性浅析JVM的内存模型。为了了解JVM内存模型,我们首先要清楚JVM的内存结构。
示例代码
以下代码可以简单看出volatile保证了变量可见性
1 | public class VolatileOne extends Thread{ |
浅析Java内存模型(JMM)
补充
看我之前的文章中曾经描述过:在JVM内部,Java内存模型把内存分成了两部分:线程栈区和堆区,JVM中运行的每个线程都拥有自己的线程栈,线程栈包含了当前线程执行的方法调用相关信息,我们也把它称作调用栈。随着代码的不断执行,调用栈会不断变化。
详细点来说
所有原始类型(boolean,byte,short,char,int,long,float,double)的局部变量都直接保存在线程栈当中,对于它们的值各个线程之间都是独立的。对于原始类型的局部变量,一个线程可以传递一个副本给另一个线程,当它们之间是无法共享的。
堆区包含了Java应用创建的所有对象信息,不管对象是哪个线程创建的,其中的对象包括原始类型的封装类(如Byte、Integer、Long等等)。不管对象是属于一个成员变量还是方法中的局部变量,它都会被存储在堆区。
一个局部变量如果是原始类型,那么它会被完全存储到栈区。 一个局部变量也有可能是一个对象的引用,这种情况下,这个本地引用会被存储到栈中,但是对象本身仍然存储在堆区。
对于一个对象的成员方法,这些方法中包含局部变量,仍需要存储在栈区,即使它们所属的对象在堆区。 对于一个对象的成员变量,不管它是原始类型还是包装类型,都会被存储到堆区。Static类型的变量以及类本身相关信息都会随着类本身存储在堆区。Java内存模型(JMM)
JMM定义了Java 虚拟机(JVM)在计算机内存(RAM)中的工作方式。JVM是整个计算机虚拟模型,所以JMM是隶属于JVM的。从抽象的角度来看,JMM定义了线程和主内存之间的抽象关系:线程之间的共享变量存储在主内存(Main Memory)中,每个线程都有一个私有的本地内存(Local Memory),本地内存中存储了该线程以读/写共享变量的副本。本地内存是JMM的一个抽象概念,并不真实存在。它涵盖了缓存、写缓冲区、寄存器以及其他的硬件和编译器优化。
CPU中运行的线程从主存中拷贝共享对象obj到它的CPU缓存,然后对变量进行重新赋值。但这个变更对运行在右边CPU中的线程不可见,因为这个更改还没有flush到主存中:要解决共享对象可见性这个问题,就用到了我们的volatile。
原理
当把变量声明为volatile类型后,编译器与运行时都会注意到这个变量是共享的,因此不会将该变量上的操作与其他内存操作一起重排序。volatile变量不会被缓存在寄存器或者对其他处理器不可见的地方,因此在读取volatile类型的变量时总会返回最新写入的值。声明变量是 volatile 的,JVM 保证了每次读变量都从内存中读,跳过 CPU cache 这一步。
实际场景
volatile最经典的使用方法见于其在单例模式中的应用
1 | public class Singleton { |