【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

        1. 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

        2. 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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