java并发编程-volatile关键字

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并发编程

MESI协议

基于失效的缓存一致性协议

有四个状态:

  • Exclusive(E)：独享，其他缓存都没有有效的副本
  • Shared(S)：共享，其他缓存都有有效的副本
  • Invalid(I)：失效
  • Modified(M)：修改

原子性、有序性、可见性

原子性

在java中，对基本数据类型的变量读取和赋值操作是原子性操作，这些操作是不可中断的，也就是要么读，要么不读，或者要么写要么不写。

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x = 10; // 操作1
y = x;	// 操作2
x++;	// 操作3
x = x + 1;//操作4

以上的操作中只有操作1属于原子性操作。

有序性

有以下这样的代码：

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int x = 10;
//volatile int x = 10; 如果x有volatile关键字修饰时,就可以保证有序性
void cpu0(){
	
    x = 100;// 此时x的状态变幻情况为：S(共享) -> M(修改),此时通过cpu0会通知其他cpu的x的值为I(失效)，再取出最新值，会消耗一段时间才会将x的值修改完成
    flag = true;// 当flag此时是E状态时，变化状态:E(独享) -> M(修改)，此时flag的值会直接修改，并发送给其他cpu状态置为S(共享)
}

void cpu1(){
	while(flag) {
   	System.out.println(x == 100);
   }
}

当有volatile关键字修饰时，会看到在程序运行时的汇编指令中会发现有locak指令，相当于一个内存屏障，会强制把缓存的操作写入主存。

当不能保证有序性时，打印输出的结果可能为false。所以在程序运行必须保证有序性。

可见性

在Java中，提供了volatile关键保证可见性。
当一个共享变量被volatile修饰时，它会保证修改的值会立即被更新到主存，当有其他线程需要读取时，它会去内存中读取新值。
此外，通过synchronized和Lock也能够保证可见性，synchronized和Lock能保证同一时刻只有一个线程获取锁然后执行同步代码，并且在释放锁之前会将对变量的修改刷新到主存当中。因此可以保证可见性。

volatile、synchronized

volatile可以保证对变量操作的有序性、可见性，但是不能保证原子性

synchronized可以保证对变量的有序性、可见性、原子性