原创

java高并发系列 - 第7天:volatile与Java内存模型

public class Demo09 {
    public static boolean flag = true;

    public static class T1 extends Thread {
        public T1(String name) {
            super(name);
        }

        @Override
        public void run() {
            System.out.println("线程" + this.getName() + " in");
            while (flag) {
                ;
            }
            System.out.println("线程" + this.getName() + "停止了");
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new T1("t1").start();
        //休眠1秒
        Thread.sleep(1000);
        //将flag置为false
        flag = false;
    }
}

运行上面代码,会发现程序无法终止。

线程t1的run()方法中有个循环,通过flag来控制循环是否结束,主线程中休眠了1秒,将flag置为false,按说此时线程t1会检测到flag为false,打印“线程t1停止了”,为何和我们期望的结果不一样呢?运行上面的代码我们可以判断,t1中看到的flag一直为ture,主线程将flag置为false之后,t1线程中没有看到,所以一直死循环。

那么t1中为什么看不到被主线程修改之后的flag?

要解释这个,我们需要先了解一下java内存模型(JMM),Java线程之间的通信由Java内存模型(本文简称为JMM)控制,JMM决定一个线程对共享变量的写入何时对另一个线程可见。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。Java内存模型的抽象示意图如下:

从上图中可以看出,线程A需要和线程B通信,必须要经历下面2个步骤:

  1. 首先,线程A把本地内存A中更新过的共享变量刷新到主内存中去
  2. 然后,线程B到主内存中去读取线程A之前已更新过的共享变量

下面通过示意图来说明这两个步骤:

如上图所示,本地内存A和B有主内存中共享变量x的副本。假设初始时,这三个内存中的x值都为0。线程A在执行时,把更新后的x值(假设值为1)临时存放在自己的本地内存A中。当线程A和线程B需要通信时,线程A首先会把自己本地内存中修改后的x值刷新到主内存中,此时主内存中的x值变为了1。随后,线程B到主内存中去读取线程A更新后的x值,此时线程B的本地内存的x值也变为了1。
从整体来看,这两个步骤实质上是线程A在向线程B发送消息,而且这个通信过程必须要经过主内存。JMM通过控制主内存与每个线程的本地内存之间的交互,来为java程序员提供内存可见性保证。

对JMM了解之后,我们再看看文章开头的问题,线程t1中为何看不到被主线程修改为false的flag的值,有两种可能:

  1. 主线程修改了flag之后,未将其刷新到主内存,所以t1看不到
  2. 主线程将flag刷新到了主内存,但是t1一直读取的是自己工作内存中flag的值,没有去主内存中获取flag最新的值

对于上面2种情况,有没有什么办法可以解决?

是否有这样的方法:线程中修改了工作内存中的副本之后,立即将其刷新到主内存;工作内存中每次读取共享变量时,都去主内存中重新读取,然后拷贝到工作内存。

java帮我们提供了这样的方法,使用volatile修饰共享变量,就可以达到上面的效果,被volatile修改的变量有以下特点:

  1. 线程中读取的时候,每次读取都会去主内存中读取共享变量最新的值,然后将其复制到工作内存
  2. 线程中修改了工作内存中变量的副本,修改之后会立即刷新到主内存

我们修改一下开头的示例代码:

public volatile static boolean flag = true;

使用volatile修饰flag变量,然后运行一下程序,输出:

线程t1 in
线程t1停止了

这下程序可以正常停止了。

volatile解决了共享变量在多线程中可见性的问题,可见性是指一个线程对共享变量的修改,对于另一个线程来说是否是可以看到的。

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