Java多线程之可见性分析

可见性：一个线程对共享变量值的修改，能够及时地被其他线程看到。

Java内存模型（JMM）描述了Java程序中各种变量（线程共享变量）的访问规则，以及在JVM中将变量存储到内存中和从内存中读取出变量这样的底层细节。

多线程中所有的变量都存储在主内存中，每个线程都有自己的独立的工作内存，里面保存该线程使用的变量的副本（主内存中该变量的拷贝）。

两种方式实现多线程的可见性

synchronized实现可见性

synchronized在多线程中有两种主要的功能

• 原子性（同步）
• 可见性

JMM关于synchronized的两条规定：

1. 线程解锁前，必须把共享变量的最新值刷新到主内存中
2. 线程加锁时，将清空工作内存中共享的变量值，从而使用共享变量时需要从主内存中重新读取最新的值（PS:加锁与解锁需要的是同一把锁）。实现共享变量的可见性。

重排序：编译器或处理器为了提高程序性能而作的优化。
as-if-serial:无论如何重排序，程序执行的结果应该与代码顺序执行的结果一致（Java编译器运行时和处理器都会保证Java在单线程下遵循as-if-serial语义）。

导致线程共享变量在线程中不可见的原因分析：

1. 线程交叉执行 —->synchronized的原子性解决
2. 重排序结合线程交叉执行 —->synchronized的原子性解决
3. 共享变量更新后的值没有在工作内存与主内存间及时更新 —->synchronized的可见性解决

volatile实现可见性

ps：能够保证变量的可见性，不能保证变量符合操作的原子性。

volatile实现原理分析：

通过加入内存屏障和禁止重排序优化来实现的

• 对volatile变量执行写操作时，会在写操作后加入一条store屏障指令（强制刷入主内存）
• 对volatile执行读操作时，会在读操作前加入一条load屏障（强制从主内存中更新到工作内存中）

eg：num++；包含三步操作，volatile无法保证原子性，多线程操作时，虽然保留了可见性，但无法保持同步。
解决方案：

1. 使用synchronized关键字
2. 使用ReentrantLock加锁操作（锁内部操作需要在try…finally中执行。finally中执行unlock()解锁操作）
3. 使用AtomicInterger

要在多线程中安全使用volatile变量，必须满足

1. 对变量的写入操作不依赖当前变量值
2. 该变量没有包含在其他变量的不变式中

synchronized与volatile比较

• volatile不需要加锁，更轻量级，不会阻塞线程
• 从可见性角度分析：volatile读相当于加锁，volatile写相当于解锁
• synchronized既能满足原子性又能满足可见性