java多線程Synchronized實現可見性原理解析

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Synchronized實現可見性原理

可見性

要實現共享變量的可見性，必須保證兩點：

  • 線程修改後的共享變量值能夠及時從工作內存刷新到主內存中
  • 其他線程能夠及時把共享變量的最新值從主內存更新到自己的工作內存中

Java語言層面支持的可見性的實現方式

  • synchronized
  • volatile

synchronized實現可見性

synchronized能夠實現：

  • 原子性(同步)
  • 可見性

JMM關於synchronized的兩條規定：

  • 1.線程解鎖前，必須把貢獻變量的最新值刷新到主內存中
  •  2.線程加鎖時，將清空工作內存中共享變量的值，從而使用共享變量時需要從主內存中重新讀取最新的值(註意：加鎖與解鎖需要同一把鎖)

線程解鎖前對共享變量的修改在下次加鎖時對其他線程可見

線程執行互斥代碼的過程

  • 獲取互斥鎖
  • 清空工作內存
  • 從主內存拷貝變量的最新副本到工作內存
  • 執行代碼
  • 將更改後的共享變量的值刷新到主內存
  • 釋放互斥鎖

重排序：

代碼書寫的順序與實際執行的順序不同，指令重排序是編譯器或處理器為瞭提高程序性能而做得優化

  • 編譯器優化的重排序(編譯器優化)
  • 指令級並行重排序(處理器優化)
  • 內存系統的重排序(處理器優化)

在這裡插入圖片描述

as-if-serial

as-if-serial：無論如何重排序，程序執行的結果應該與代碼順序執行的結果一致(Java編譯器、運行時和處理器都會保證Java在單線程下遵循as-if-serial語義)

在這裡插入圖片描述

public class SynchronizedTest {
    /**
     * 共享變量
     */
    private boolean ready = false;
    private int result = 0;
    private int number = 1;

    /**
     * 寫操作
     */
    public void write(){
        ready = true;//1.1
        number = 2;//1.2
    }
    /**
     * 讀操作
     */
    public void read(){
        if(ready){//2.1
            result=number*3;//2.2
        }
        System.out.println("result的值為："+result);
    }
    /**
     * 內部線程類
     */
    private class ReadWriteThread extends Thread{
        //根據構造方法中傳入的flag參數，確定線程執行讀操作還是寫操作
        private boolean flag;
        public ReadWriteThread(boolean flag){
            this.flag=flag;
        }

        @Override
        public void run() {
            if(flag){
                //構造方法中傳入true，執行寫操作
                write();
            }else{
                //構造方法中傳入false，執行讀操作
                read();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        SynchronizedTest synchronizedTest = new SynchronizedTest();
        //啟動線程執行寫操作
        synchronizedTest.new ReadWriteThread(true).start();
        //啟動線程執行讀操作
        synchronizedTest.new ReadWriteThread(false).start();
    }
}

導致共享變量在線程間不可見的原因

1.線程的交叉執行
eg：上述程序執行步驟為1.1-》2.1-》2.2-》1.2

在這裡插入圖片描述

eg：上述程序執行步驟為1.2-》2.1-》2.2-》1.1

在這裡插入圖片描述

2.重排序結合線程交叉執行
eg: 2.1和2.2重排序後

int mid = number*3;
if(ready){
	result=mid;
}

共享變量更新後的值沒有在工作內存與主內存間及時更新

安全性代碼

public class SynchronizedTest {
    /**
     * 共享變量
     */
    private boolean ready = false;
    private int result = 0;
    private int number = 1;

    /**
     * 寫操作
     */
    public synchronized void write(){
        ready = true;//1.1
        number = 2;//1.2
    }
    /**
     * 讀操作
     */
    public synchronized void read(){
        if(ready){//2.1
            result=number*3;//2.2
        }
        System.out.println("result的值為："+result);
    }
    /**
     * 內部線程類
     */
    private class ReadWriteThread extends Thread{
        //根據構造方法中傳入的flag參數，確定線程執行讀操作還是寫操作
        private boolean flag;
        public ReadWriteThread(boolean flag){
            this.flag=flag;
        }

        @Override
        public void run() {
            if(flag){
                //構造方法中傳入true，執行寫操作
                write();
            }else{
                //構造方法中傳入false，執行讀操作
                read();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        SynchronizedTest synchronizedTest = new SynchronizedTest();
        //啟動線程執行寫操作
        synchronizedTest.new ReadWriteThread(true).start();
        //啟動線程執行讀操作
        synchronizedTest.new ReadWriteThread(false).start();
    }
}

在這裡插入圖片描述

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