15、JUC：JMM及Volatile

15.1、 请你谈谈对Volatile的理解

Volatile 是 Java 虚拟机提供的轻量级的同步机制

1、保证可见性
2、不保证原子性
3、禁止指令重排

15.2、什么是JMM

JMM java内存模型，是一个不存在的东西，是一个概念，约定！

关于JMM的一些同步的约定

1、线程解锁前，必须把共享变量立刻刷回主存
2、线程加锁前，必须读取主存中的最新值到工作内存中！
3、枷锁和解锁必须是同一把锁

线程 工作内存、主内存

8种操作：


　
内存交互操作有8种，虚拟机实现必须保证每一个操作都是原子的，不可在分的（对于double和long类型的变量来说，load、store、read和write操作在某些平台上允许例外）

• lock （锁定）：作用于主内存的变量，把一个变量标识为线程独占状态
• unlock （解锁）：作用于主内存的变量，它把一个处于锁定状态的变量释放出来，释放后的变量才可以被其他线程锁定
• read （读取）：作用于主内存变量，它把一个变量的值从主内存传输到线程的工作内存中，以便随后的load动作使用
• load （载入）：作用于工作内存的变量，它把read操作从主存中变量放入工作内存中
• use （使用）：作用于工作内存中的变量，它把工作内存中的变量传输给执行引擎，每当虚拟机遇到一个需要使用到变量的值，就会使用到这个指令
• assign （赋值）：作用于工作内存中的变量，它把一个从执行引擎中接受到的值放入工作内存的变量副本中
• store （存储）：作用于主内存中的变量，它把一个从工作内存中一个变量的值传送到主内存中，以便后续的write使用
• write 　（写入）：作用于主内存中的变量，它把store操作从工作内存中得到的变量的值放入主内存的变量中

JMM对这八种指令的使用，制定了如下规则：

• 不允许read和load、store和write操作之一单独出现。即使用了read必须load，使用了store必须write
• 不允许线程丢弃他最近的assign操作，即工作变量的数据改变了之后，必须告知主存
• 不允许一个线程将没有assign的数据从工作内存同步回主内存
• 一个新的变量必须在主内存中诞生，不允许工作内存直接使用一个未被初始化的变量。就是怼变量实施use、store操作之前，必须经过assign和load操作
• 一个变量同一时间只有一个线程能对其进行lock。多次lock后，必须执行相同次数的unlock才能解锁
• 如果对一个变量进行lock操作，会清空所有工作内存中此变量的值，在执行引擎使用这个变量前，必须重新load或assign操作初始化变量的值
• 如果一个变量没有被lock，就不能对其进行unlock操作。也不能unlock一个被其他线程锁住的变量
• 对一个变量进行unlock操作之前，必须把此变量同步回主内存
  　
  示例

package com.chen.tvolatile;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class JMMDemo {

    private static int num = 0;

    public static void main(String[] args) { // 主线程

        new Thread(()->{ // 线程一
            while (num == 0){

            }
        }).start();

        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        num = 1;

        System.out.println(num);

    }

}

问题：程序不知道主存的值已经被修改过了

15.3、 Volatile

15.1.1、保证可见性

package com.chen.tvolatile;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class JMMDemo {

    // 不加 volatile 程序就会死循环！
    // 加 volatile 可以保证可见性

    private volatile static int num = 0;

    public static void main(String[] args) { // 主线程

        new Thread(()->{ // 线程一
            while (num == 0){

            }
        }).start();

        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        num = 1;

        System.out.println(num);

    }

}

15.1.2、不保证原子性

原子性：不可分割

线程A在执行任务的时候是不能被打扰的，也不能被分隔，要么同时成功，要么同时失败

package com.chen.tvolatile;

// volatile 不保证原子性
public class VDemo02 {

    private volatile static int num = 0;

    public static void add(){
        num++;
    }

    public static void main(String[] args) {

        // 理论上num结果英爱为两万
        for (int i = 1; i <= 20; i++) {
            new Thread(()->{
                for (int j = 0; j < 1000; j++) {
                    add();
                }
            }).start();
        }

        while (Thread.activeCount()>2){  // main gc
            Thread.yield();
        }

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + num);
    }

}

如果不加lock和synchronized，怎么样保证原子性

使用原子类，解决原子性问题

package com.chen.tvolatile;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicIntegerArray;

// volatile 不保证原子性
public class VDemo02 {

    // volatile 不保证原子性
    // 原子类的Integer
    private volatile static AtomicInteger num = new AtomicInteger();

    public static void add(){
//        num++;  // 不是一个原子性操作
        num.getAndIncrement();  // AtomicInteger + 1 方法 CAS
    }

    public static void main(String[] args) {

        // 理论上num结果英爱为两万
        for (int i = 1; i <= 20; i++) {
            new Thread(()->{
                for (int j = 0; j < 1000; j++) {
                    add();
                }
            }).start();
        }

        while (Thread.activeCount()>2){  // main gc
            Thread.yield();
        }

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + num);
    }

}

这些类的底层都是用的是操作系统！在内存中修改值！Unsafe类是一个很特殊的存在！

15.1.3、指令重排

什么是指令重排：你写的程序，计算机并不是按照你写的那样去执行的

源代码—>编译器优化的重排—>指令并行也可能重排—>内存系统也会重排—>执行

处理器在进行指令重排的的时候，会考虑数据之间的依赖性！

int x = 1; // 1
int y = 2; // 2
x = x + 5; // 3 
y = x + x; // 4

我们所期望的：1234 但是可能执行的时候会变成 2134 1324
可不可能是 4123? 不可能

可能造成影响的结果 a,b,x,y这四个默认值都是0

线程A	线程B
x=a	y=b
b=1	a=2

正常的结果：x = 0; y = 0;但是可能由于指令重排

线程A	线程B
b=1	a=2
x=a	y=b

指令重排导致的诡异结果： x=2; y=1;

volatile可以避免指令重排：

内存屏障。CPU指令。作用：

1、保证特定的操作的执行顺序
2、可以保证某变量的内存可见性（利用这些特性 volatile实现了可见性）

Volatile是可以保证可见噢，不能保证原子性，由于内存屏障，可以保证避免指令重排的现象产生！

学习视频链接：https://www.bilibili.com/video/BV1B7411L7tE?p=32