java學習：JMM(java memory model)、volatile、synchronized、AtomicXXX理解

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一、JMM(java memory model)記憶體模型

從網上淘來二張圖：

上面這張圖說的是，在多核CPU的系統中，每個核CPU內建快取，然後電腦主板上也有一塊記憶體-稱為主內（即：記憶體條）。工作時，CPU的快取中的資料通過一系列手段來保證與主內的資料一致（CacheCoherence)，更直白點，快取要從主內中load資料，處理完以後，還要save回主存。

 

說的是，java中的各種變數(variable)儲存在主存中，然後每個線程自己也有自己的工作記憶體區（working memory)，工作時，線程從主存中把變數副本load到自己的工作記憶體區，處理完了，再save回主存。

好象很明白，沒有什麼不好理解的:)，

問題來了，如果有二個線程：線程A與線程B， A從主存中讀取了變數x（到自己的的工作記憶體區），正準備處理，這時B修改了主存中的變數x，線程A能看見這種變化嗎？（是否需要及時從主存中，載入最新的值），這個問題稱為共用變數的可見度。

 

二、volatile、synchronized、AtomicXXX

直接上碼：

2.1 版本1

package test.cn.mwee.order.monitor;/** * Created by 菩提樹下的楊過 on 2017/6/11. */public class ThreadTest extends Thread {    private static boolean flag = false;    public void run() {        System.out.println("t1:" + Thread.currentThread().getId());        while (!flag) {        }        System.out.println("quit!");    }    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {        ThreadTest t1 = new ThreadTest();        t1.start();        Thread.sleep(50);        ThreadTest.flag = true;        System.out.println("main:" + Thread.currentThread().getId());    }}

ThreadTest是一個線程類，裡面有一個靜態變數flag，然後寫了個main方法做測試。

註：在t1啟動完成後，主線程中修改了ThreadTest的靜態變數值flag，這時t1的run方法裡的while迴圈，其實是看不見主線程對這個值的修改，所以程式始終不能退出，列印不出那一行quit.

 

2.2 版本2

package test.cn.mwee.order.monitor;/** * Created by 菩提樹下的楊過 on 2017/6/11. */public class ThreadTest extends Thread {    private static boolean flag = false;    public void run() {        System.out.println("t1:" + Thread.currentThread().getId());        while (!flag) {            synchronized (Class.class) {            }        }        System.out.println("quit!");    }    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {        ThreadTest t1 = new ThreadTest();        t1.start();        Thread.sleep(50);        ThreadTest.flag = true;        System.out.println("main:" + Thread.currentThread().getId());    }}　　

相對版本1，while迴圈中增加了一個synchronized同步代碼塊，雖然裡面啥代碼也沒有，但是再次運行，能正常quit了（想下為啥？）

答案：(也是從網上抄來的）

synchronized關鍵字強制實現一個互斥鎖，使得被保護的代碼塊在同一時間只能有一個線程進入並執行。同時也帶另外一個作用：線上程進入synchronized塊之前，會把工作存記憶體中的所有內容映射到主記憶體上，然後把工作記憶體清空再從主儲存空間上拷貝最新的值。而線上程退出synchronized塊時，同樣會把工作記憶體中的值對應到主記憶體，但此時並不會清空工作記憶體。這樣，工作記憶體中的值和主記憶體中的值是一致的，保證了資料的一致性！(換句話說，run中的while看到了主存中的flag變數值的改變)

思考題：如果在while{}裡寫一行println列印輸出，即：

        while (!flag) {            System.out.println("flag=" + flag);        }　　

也能正常退出，留給大家去想。

 

2.3 版本3

package test.cn.mwee.order.monitor;/** * Created by 菩提樹下的楊過 on 2017/6/11. */public class ThreadTest extends Thread {    private volatile static boolean flag = false;    public void run() {        System.out.println("t1:" + Thread.currentThread().getId());        while (!flag) {        }        System.out.println("quit!");    }    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {        ThreadTest t1 = new ThreadTest();        t1.start();        Thread.sleep(50);        ThreadTest.flag = true;        System.out.println("main:" + Thread.currentThread().getId());    }}　　

相對版本1，flag變數前加了關鍵字volatile，它能保證對該變數的修改，同步到其它線程，即其它線程讀取flag時，看到的就是變化後的最新值，同時volatile還能防止指令重排序。運行下，也能如期列印出quit，程式退出。

註：volatile只能保證其它線程看到的變數值是最新的，但是並不保證原子性（換句話說，高並發情況下，仍然無法100%保證安全執行緒)

 

2.4 版本4

package test.cn.mwee.order.monitor;import java.util.concurrent.atomic.AtomicBoolean;/** * Created by 菩提樹下的楊過 on 2017/6/11. */public class ThreadTest extends Thread {    private static AtomicBoolean flag = new AtomicBoolean(false);    public void run() {        System.out.println("t1:" + Thread.currentThread().getId());        while (!flag.get()) {        }        System.out.println("quit!");    }    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {        ThreadTest t1 = new ThreadTest();        t1.start();        Thread.sleep(50);        ThreadTest.flag.set(true);        System.out.println("main:" + Thread.currentThread().getId());    }}　　

與上一個版本相比，使用了可以保證原子性，又不用加同步鎖的並發包裡的AtomicXXX系列類，同樣也可以正常列印出quit，推薦使用這個。

如果感興趣的話，可以看下AtomicBoolean的源碼，其實是藉助volatile以及CAS來實現的，源碼一看便知，不再囉嗦。

java學習：JMM(java memory model)、volatile、synchronized、AtomicXXX理解