java之volatile并發(fā)
大?。?/span>0.7 MB 人氣： 2017-09-27 需要積分：0
標(biāo)簽：JAVA(102450)volatile(12912)
一。內(nèi)存模型的相關(guān)概念二。并發(fā)編程中的三個(gè)概念
三.Java內(nèi)存模型
四。.深入剖析volatile關(guān)鍵字
五。使用volatile關(guān)鍵字的場景
若有不正之處請多多諒解，并歡迎批評指正。
一。內(nèi)存模型的相關(guān)概念
大家都知道，計(jì)算機(jī)在執(zhí)行程序時(shí)，每條指令都是在CPU中執(zhí)行的，而執(zhí)行指令過程中，勢必涉及到數(shù)據(jù)的讀取和寫入。由于程序運(yùn)行過程中的臨時(shí)數(shù)據(jù)是存放在主存（物理內(nèi)存）當(dāng)中的，這時(shí)就存在一個(gè)問題，由于CPU執(zhí)行速度很快，而從內(nèi)存讀取數(shù)據(jù)和向內(nèi)存寫入數(shù)據(jù)的過程跟CPU執(zhí)行指令的速度比起來要慢的多，因此如果任何時(shí)候?qū)?shù)據(jù)的操作都要通過和內(nèi)存的交互來進(jìn)行，會大大降低指令執(zhí)行的速度。因此在CPU里面就有了高速緩存。
也就是，當(dāng)程序在運(yùn)行過程中，會將運(yùn)算需要的數(shù)據(jù)從主存復(fù)制一份到CPU的高速緩存當(dāng)中，那么CPU進(jìn)行計(jì)算時(shí)就可以直接從它的高速緩存讀取數(shù)據(jù)和向其中寫入數(shù)據(jù)，當(dāng)運(yùn)算結(jié)束之后，再將高速緩存中的數(shù)據(jù)刷新到主存當(dāng)中。舉個(gè)簡單的例子，比如下面的這段代碼：
i= i+ 1;
當(dāng)線程執(zhí)行這個(gè)語句時(shí)，會先從主存當(dāng)中讀取i的值，然后復(fù)制一份到高速緩存當(dāng)中，然后CPU執(zhí)行指令對i進(jìn)行加1操作，然后將數(shù)據(jù)寫入高速緩存，最后將高速緩存中i最新的值刷新到主存當(dāng)中。
這個(gè)代碼在單線程中運(yùn)行是沒有任何問題的，但是在多線程中運(yùn)行就會有問題了。在多核CPU中，每條線程可能運(yùn)行于不同的CPU中，因此每個(gè)線程運(yùn)行時(shí)有自己的高速緩存（對單核CPU來說，其實(shí)也會出現(xiàn)這種問題，只不過是以線程調(diào)度的形式來分別執(zhí)行的）。本文我們以多核CPU為例。
比如同時(shí)有2個(gè)線程執(zhí)行這段代碼，假如初始時(shí)i的值為0，那么我們希望兩個(gè)線程執(zhí)行完之后i的值變?yōu)?。但是事實(shí)會是這樣嗎？
可能存在下面一種情況：初始時(shí)，兩個(gè)線程分別讀取i的值存入各自所在的CPU的高速緩存當(dāng)中，然后線程1進(jìn)行加1操作，然后把i的最新值1寫入到內(nèi)存。此時(shí)線程2的高速緩存當(dāng)中i的值還是0，進(jìn)行加1操作之后，i的值為1，然后線程2把i的值寫入內(nèi)存。
最終結(jié)果i的值是1，而不是2。這就是著名的緩存一致性問題。通常稱這種被多個(gè)線程訪問的變量為共享變量。
也就是說，如果一個(gè)變量在多個(gè)CPU中都存在緩存（一般在多線程編程時(shí)才會出現(xiàn)），那么就可能存在緩存不一致的問題。
為了解決緩存不一致性問題，通常來說有以下2種解決方法：
1）通過在總線加LOCK#鎖的方式
2）通過緩存一致性協(xié)議
這2種方式都是硬件層面上提供的方式。
在早期的CPU當(dāng)中，是通過在總線上加LOCK#鎖的形式來解決緩存不一致的問題。因?yàn)镃PU和其他部件進(jìn)行通信都是通過總線來進(jìn)行的，如果對總線加LOCK#鎖的話，也就是說阻塞了其他CPU對其他部件訪問（如內(nèi)存），從而使得只能有一個(gè)CPU能使用這個(gè)變量的內(nèi)存。比如上面例子中 如果一個(gè)線程在執(zhí)行 i = i +1，如果在執(zhí)行這段代碼的過程中，在總線上發(fā)出了LCOK#鎖的信號，那么只有等待這段代碼完全執(zhí)行完畢之后，其他CPU才能從變量i所在的內(nèi)存讀取變量，然后進(jìn)行相應(yīng)的操作。這樣就解決了緩存不一致的問題。
但是上面的方式會有一個(gè)問題，由于在鎖住總線期間，其他CPU無法訪問內(nèi)存，導(dǎo)致效率低下。
所以就出現(xiàn)了緩存一致性協(xié)議。最出名的就是Intel 的MESI協(xié)議，MESI協(xié)議保證了每個(gè)緩存中使用的共享變量的副本是一致的。它核心的思想是：當(dāng)CPU寫數(shù)據(jù)時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)操作的變量是共享變量，即在其他CPU中也存在該變量的副本，會發(fā)出信號通知其他CPU將該變量的緩存行置為無效狀態(tài)，因此當(dāng)其他CPU需要讀取這個(gè)變量時(shí)，發(fā)現(xiàn)自己緩存中緩存該變量的緩存行是無效的，那么它就會從內(nèi)存重新讀取。
非常好我支持^.^
(0) 0%
不好我反對
(0) 0%