【Java】内存可见性问题是什么?
文章目录
- 内存模型
- 内存可见性
- 解决方案
- volatile
内存模型
什么是JAVA 内存模型?
Java Memory Model (JAVA 内存模型)是描述线程之间如何通过内存(memory)来进行交互。 具体说来, JVM中存在一个主存区(Main Memory或Java Heap Memory),对于所有线程进行共享,而每个线程又有自己的工作内存(Working Memory),工作内存中保存的是主存中某些变量的拷贝,线程对所有变量的操作并非发生在主存区,而是发生在工作内存中,而线程之间是不能直接相互访问,变量在程序中的传递,是依赖主存来完成的。
Java虚拟机规范中定义了Java内存模型.
目的是屏蔽掉各种硬件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
并发效果.
Java内存模型的抽象示意图如下
- 线程之间的共享变量存放在主内存中(Main Memory)
- 每个线程都有自己的工作内存(Working Memory)
- 当线程要读取一个共享变量时,会先将变量拷贝到工作内存中,再从工作内存中读取变量
- 当线程要修改一个共享变量时,也是先修改工作内存中的副本,再同步到主内存中
此时引入了两个问题
- 为什么要引入这么多的内存
- 为什么要麻烦的拷贝来拷贝去
-
为什么要引入这么多的内存?
实际上并没有那么多的内存,只是Java规范中的一个术语,是属于抽象的叫法
所谓的主内存才是硬件角度真正的内存,而工作内存,则是指CPU的寄存器和缓存器 -
为什么要麻烦的拷贝来拷贝去?
因为CPU访问寄存器的速度以及访问缓存器的速度远快于访问内存(快了将近 3-4个数量级,也就是几千倍,上万倍)
比如在代码中,需要连续10次读取某个变量的值,如果10次都从内存中读,那么速度是很慢的。
但如果第一次从内存中读,将结果缓存到寄存器中,那么后面9次的访问就不必访问内存了,效率就提高了
说明白了内存模型,来说说什么是内存可见性
内存可见性
内存可见性(Memory Visibility)是指当某个线程正在使用对象状态而另一个线程在同时修改该状态,需要确保当一个线程修改了对象状态后,其他线程能够立即看到发生的状态变化。
由于线程之间的交互都发生在主内存中,但对于变量的修改又发生在自己的工作内存中,经常会造成读写共享变量的错误,我们也叫可见性错误。
可见性错误是指当读操作与写操作在不同的线程中执行时,我们无法确保执行读操作的线程能适时地看到其他线程写入的值,有时甚至是根本不可能的事情。
解决方案
我们可以通过同步来保证对象被安全地发布。我们可以使用一种轻量级的volatile变量
volatile
代码在写入volatile修饰的变量时
- 改变工作内存中volatile变量副本的值
- 将改变后的副本的值从工作内存中同步到主内存中
代码在读取volatile修饰的变量时
-
从主内存中读取最新的值到新的线程的工作内存中
-
从工作内存中读取volatile变量的副本
加上volatile虽然使速度变慢了,但是数据变得更准确了。
public class test{static class Counter {public int flag = 0;}public static void main(String[] args) {Counter counter = new Counter();Thread t1 = new Thread(() -> {while (counter.flag == 0) {// do nothing}System.out.println("循环结束!");});Thread t2 = new Thread(() -> {Scanner scanner = new Scanner(System.in);System.out.println("输⼊⼀个整数:");counter.flag = scanner.nextInt();});t1.start();t2.start();}
}//执行代码后
//输入一个非零的值,程序并没有结束
如上t1读的是自己的工作内存中的内容
当t2对flag变量进行修改时,此时t1感知不到t2的变化
如果给flag加上volatile
static class Counter {public volatile int flag = 0;
}
// 执⾏效果
// 当⽤⼾输⼊⾮0值时, t1 线程循环能够⽴即结束.
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