volatile与JMM

Volatile 是Java 虚拟机提供的轻量级的同步机制

  • 保证可见性
  • 禁止指令排序
  • 不保证原子性

JMM(Java Memory Model)内存模型 本身是一种抽象的概念并不是真实存在,它描述的是一组规定或则规范,通过这组规范定义了程序中的访问方式。

JMM 同步规定

  • 线程解锁前,必须把共享变量的值刷新回主内存
  • 线程加锁前,必须读取主内存的最新值到自己的工作内存
  • 加锁解锁是同一把锁

由于 JVM 运行程序的实体是线程,而每个线程创建时 JVM 都会为其创建一个工作内存,工作内存是每个线程的私有数据区域,而 Java 内存模型中规定所有变量的储存在主内存,主内存是共享内存区域,所有的线程都可以访问,但线程对变量的操作(读取赋值等)必须都在工作内存进行。

 

首先要将变量从主内存拷贝的自己的工作内存空间,然后对变量进行操作,操作完成后再将变量写回主内存,不能直接操作主内存中的变量,工作内存中存储着主内存中的变量副本拷贝,前面说过,工作内存是每个线程的私有数据区域,因此不同的线程间无法访问对方的工作内存,线程间的通信(传值)必须通过主内存来完成。

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JMM三大特性

  • 可见性(volatile
    • 一旦有一个变量被修改,立刻通知所有其他线程更新这个变量的副本
  • 原子性
    • 保持数据的完整一致性。某个线程正在工作时,中间不可被分割,需要整体完整。要么同时成功,要么同时失败。(volatile不保证原子性,可用AtomicInteger
  • 有序性

 

volatile使用场景:

单例问题:

public class Singleton02 {

  private static volatile Singleton02 instance = null;

  private Singleton02() {
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "  construction...");
  }

  public static Singleton02 getInstance() {
    if (instance == null) {
      synchronized (Singleton01.class) {
        if (instance == null) {
          instance = new Singleton02();
        }
      }  
    }
    return instance;
  }
}

 

双端检锁(有指令重排问题),原因是在于某一个线程执行到第一次检测,读取到的 instance 不为 null 时,instance 的引用对象可能还没有完成初始化。

  • instance = new Singleton() 可以分为以下三步完成

    1
    2
    3
    memory = allocate();  // 1.分配对象空间
    instance(memory); // 2.初始化对象
    instance = memory; // 3.设置instance指向刚分配的内存地址,此时instance != null
  • 步骤 2 和步骤 3 不存在依赖关系,而且无论重排前还是重排后程序的执行结果在单线程中并没有改变,因此这种优化是允许的。

  • 发生重排

    1
    2
    3
    memory = allocate();  // 1.分配对象空间
    instance = memory; // 3.设置instance指向刚分配的内存地址,此时instance != null,但对象还没有初始化完成
    instance(memory); // 2.初始化对象
  • 所以不加 volatile 返回的实例不为空,但可能是未初始化的实例

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