Java并发编程(一):volatile关键字解析

本文探讨了Java并发编程中的核心概念,包括原子性、可见性和有序性问题,以及Java内存模型如何解决多核CPU环境下共享变量的缓存一致性难题。深入解析了硬件层面的解决方案,如总线加锁和缓存一致性协议,并介绍了Java如何利用volatile关键字和synchronized关键字确保数据的正确性和并发执行的效率。

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**并发编程与java得内存模型有关所以需要了解一下:计算机运行程序时,指令都是在CPU中运行,而执行指令的过程中,涉及到数据的读取和写入,由于程序运行时临时数据放在主存也就是物理内存当中,那么就会出现一个问题,如果任何时候数据的操作都要通过与内存的交互来进行,那么会大大降低指令执行的速度,因此在CPU就有了高速缓存。
在多核CPU中,每条线程可能运行在不同的CPU中,因此每个线程运行都会有自己的高速缓存(对单核CPU来说,其实也会出现这种问题,只不过是以线程调度的形式来分别执行的。
面对多核cpu多个线程处理数据时,就有著名的缓存一致性问题,通常称这种被多个线程访问的变量称为共享变量。
不过带来的问题也就有缓存不一致,解决的方法有:

  1. 通过在总线加LOCK#锁的方式
    2.通过缓存一致性协议
    这2种方式都是硬件层面上提供的方式
    总线加锁就是一个cpu在访问内存时锁会加塞主线限制其他cpu对主存的访问,但是这样的话就会导致效率低下,所以就有了缓存一致性协议,最出名的就算是intel 的MESI协议,保证了没个缓存中使用的共享变量的副本是一致的。它的核心思想是:当CPU写数据时,如果发现操作的变量是共享变量,即在其它CPU中也存在该变量的副本,会发出信号通知其他CPU将该变量的缓存行置为无效状态,因此当其他CPU需要读取这个变量时会发现自己缓存中缓存该变量的缓存行是无效的,那么它就会从内存中重新读取。

在并发编程中我们通常会遇到以下三个问题:原子性问题,有序性问题和可见性问题

原子性就是一个操作或多个操作全部执行并且执行的过程中不会被任何因素打断,要么就都不执行,例子就像当为一个变量赋值时如果低16位赋值后断电那么该数据也是无效的
可见性就是当多个线程访问同一个变量时,一个线程修改了这个变量的值那么其他线程能够立即看得到修改的值
有序性:即程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行,指令重排序就是处理器为了提高程序运行效率就可能会对输入的代码进行优化,它不保证语句执行的顺序但是会保证结果相同。因为处理器会考虑指令之间的数据依赖性。因此指令重排序虽然不会影响单个线程的运行,但是会影响线程并发执行的正确性
java内存模型
==在java虚拟机规范中试图定义一种java内存模型JVM来屏蔽各个硬件平台和操作系统的内存访问差异,以实现让java程序在各种平台下都能达到一致的内存访问效果。java内存模型定义了程序中变量的访问规则,也就是程序的执行次序。

java内存模型只能保证了基本读取和赋值是原子性操作,如果要实现更大规模操作的原子性,可以通过synchronized和Lock来实现,由于这两个能够保证在任一时刻只有一个线程执行该代码块,那么自然就不存在原子性的问题了。
==可见性:对于可见性,java提供了volatile关键字,当一个变量被这个关键字修饰时,它会保证被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到内存中去读取新值。普通变量被修改后什么时候写入主存是不确定的。
以后继续填坑

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