Java的可见性和原子性

• 1. 工作内存和主内存
• 2. 可见性和共享变量
• 3. 约束
• 4. 共享变量可见性的原理

• 4.1 可见性的步骤
• 4.2 保证可见性的必要条件

• synchronized实现可见性

• 5.1 synchronized实现的内容
• 5.2 JMM关于synchronized 的规定
• 5.3 synchronized互斥代码的过程

• 6 volatile实现可见性

• 6.1 重排序
• 6.2 as if serial语义
• 6.3 volatile无法实现原子性

• 7 synchronized和volatile的比较

1. 工作内存和主内存

• 所有的变量都存在主内存中（一份）
• 每个线程有自己独立的工作内存（主内存中该变量的一份拷贝）

2. 可见性和共享变量

• 可见性：一个共享变量的值能够及时地被其他线程看到
• 共享变量：如果一个变量在多个线程的工作内存中都存在拷贝，那么它就是这几个线程的共享变量

下图可以反映以上说明：

3. 约束

• 线程对共享变量的操作只能在自己的工作内存中进行，不能直接修改主内存
• 不同线程之间无法访问其他线程工作内存中的变量，必须通过主内存来访问其他线程工作内存中的变量

4. 共享变量可见性的原理

线程1对工作内存1的修改能及时让线程2及时可到，就是可见了。

4.1 可见性的步骤

1. 将工作内存1中更新后的值写入主内存
2. 主内存将最新的共享变量的值写入工作内存2

4.2 保证可见性的必要条件

• 工作内存更新的共享变量值要及时写入主内存
• 主内存及时更新共享变量的值写入工作内存2

synchronized实现可见性

5.1 synchronized实现的内容

1. 原子性（同步）
2. 可见性

5.2 JMM关于synchronized 的规定

1. 解锁前必须把工作内存最新值写入主内存
2. 加锁前清空工作内存的共享变量值，从主内存更新最新值

5.3 synchronized互斥代码的过程

1. 获得互斥锁
2. 清空工作内存
3. 从主内存拷贝最新变量复制到自己的工作内存
4. 执行代码
5. 将更改的共享变量值写入主内存
6. 释放互斥锁

6 volatile实现可见性

首先在说volatile实现可见性方法之前说一下编译重排序

6.1 重排序

编译器或处理器为了提高性能做优化，调整了执行顺序使得和书写顺序不同

6.2 as if serial语义

无论如何排序，程序执行结果与代码按照书写顺序执行的结果一致。在单线程情况下，遵循as if serial语义

volatile通过内存屏障和禁止重排序优化来实现可见性

• 写操作后加入store屏障指令：写之后强行将更新的值写入主内存
• 读操作前加入load屏障指令：读之前及时从主内存更新最新值

6.3 volatile无法实现原子性

• 一般来说自增操作无法保证其原子性

解决方案：

1. 同步块
2. ReentrantLock(java.util.concurrent.locks) 3.AtomicInteger(java.util.concurrent.atomic)

多线程中安全使用volatile需要同时满足以下2点

1. 对变量的写入操作不依赖当前值（比如自增、自减等操作；）
2. 不能包含在一个不变式中（比如low<up，永远成立的）

7 synchronized和volatile的比较

1. volatile不需要加锁，更加轻量级，不会阻塞线程
2. 从内存可见性角度，volatile变量读等价于加锁，写等价于解锁
3. synchronized可以同时保证原子性和可见性，而volatile一般来说只能保证可见性
4. volatile需要注意使用的风险
5. volatile仅能使用在变量级别,synchronized则可以使用在变量,方法.
6. volatile标记的变量不会被编译器优化,而synchronized标记的变量可以被编译器优化 原文地址：