【Java猫说】Java多线程之内存可见性（下篇）

elliott_hu 发布于2019-08-16 12:45 / 1394人阅读

摘要：阅读本文约分钟上一次我们说到互斥代码的实现过程，如果有忘记或不清楚的可以去上篇看看。猫说多线程之内存可见性上篇今天我们了解下重排序。

阅读本文约“3分钟”

上一次我们说到synchronized互斥代码的实现过程，如果有忘记或不清楚的可以去上篇看看。
【Java猫说】Java多线程之内存可见性（上篇）

今天我们了解下重排序。

其使代码书写的顺序与实现执行的顺序不同，指令重排序是编译器或处理器为了提高程序性能而做的优化，可以分为
1、编译器优化的重排序（编译器优化）
2、指令级并行重排序（处理器优化）
3、内存系统的重排序（处理器优化）

而as-if-serial语义原则是指：无论如何重排序，程序执行的结果应该与代码顺序执行的结果一致（Java编译器、运行时和处理器都会保证Java在单线程下遵循as-if-serial语义）

int num1 = 1;
int num2 = 2;
int sum = num1 + num2;

对于执行的单线程而言，第1、2行的顺序可以重排，但第3行不能
由此，重排序并不会给单线程带来内存可见性问题

但是在多线程中程序交错执行时，重排序可能会造成内存可见性问题

这里罗列了几个原因，导致共享变量在线程间不可见的原因：
1、线程的交叉执行（synchronized原子性）
2、重排序结合线程交叉执行（synchronized原子性）
3、共享变量更新后的值没有在工作内存与主内存间及时更新（synchronized可见性）

而对于另一个对象volatile而言其实现了可见性，但是不能保证原子性（不能保证volatile变量符合操作是的原子性）

深入来说，是通过加入内存屏障和禁止重排序优化来实现的。
1、对volatile变量执行写操作时，会在写操作后加一条store屏障指令
2、对volatile变量执行读操作时，会在读操作前加入一条load屏障指令

由此我们可以分为读写volatile变量的两种操作。

线程写volatile变量的过程：
1、改变线程工作内存中volatile变量副本的值
2、将改变后的副本的值从工作内存刷新到主内存

线程读volatile变量的过程：
1、从主内存中读取volatile变量的最新值到线程的工作内存中
2、从工作内存中读取volatile变量的副本

注意：volatile是不能保证原子性的

想要在多线程中安全的使用volatile变量，必须同时满足一下几个条件：
1、对变量的写入操作不依赖其当前值

- 不满足：number++、count = count * 5
- 满足：boolean变量、记录数据变化的变量等

2、该变量没有包含在具有其他变量的不变式中

- 不满足：不变式 low < up

最后我们来比较下这两个对象吧

- volatile不需要加锁，比synchronized更轻量级，不会阻塞线程
- 从内存可见性角度讲，volatile读相当于加锁，volatile写相当于解锁
- synchronized即能保证可见性，又能保证原子性，而volatile只能保证可见性，无法保证原子性
- volatile没有synchronized使用的广泛

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