JUC volatile：轻量级同步机制与Java内存模型详解

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"尚硅谷面试题第二季1"聚焦于Java中的轻量级同步机制volatile以及Java内存模型(JMM)。Volatile关键字是Java虚拟机提供的一种机制，其核心特性包括： 1. 保证可见性：在多线程环境下，volatile确保了当一个线程更新了一个共享变量后，其他线程可以立即看到这个变化，即使这些变量没有被直接读取。这是通过JMM强制执行内存屏障，确保新值的可见性，避免了工作内存与主内存之间的数据不一致。 2. 不保证原子性：尽管volatile可以防止指令重排序，但并不能保证单个读写操作的原子性。这意味着对volatile变量的读写操作可能会被分解为多个步骤，需要依赖处理器特定的内存模型来实现。 3. 禁止指令重排：在没有volatile的情况下，编译器和CPU可能会为了优化性能而改变指令的执行顺序，但在使用volatile后，这种优化会受到限制，保证指令按照程序的逻辑顺序执行，防止数据竞争。 Java内存模型（JMM）是Java语言内部实现的抽象概念，它定义了线程间共享变量的访问规则。在JMM中，所有的变量都存储在主内存中，线程有自己的工作内存，对变量的操作先复制到工作内存，然后处理，最后回写主内存。这要求在多线程环境中，线程之间通过主内存进行通信，确保数据的一致性。在实际编程中，例如上述代码示例，如果两个线程同时操作同一个volatile变量，主线程可能无法立即感知到AAA线程的修改，因为工作内存中的更新还没有同步到主内存。解决这个问题的关键在于理解并利用volatile提供的可见性保证，或者通过其他同步手段（如synchronized或Lock）来确保一致性。理解和掌握volatile关键字以及JMM的工作原理，对于编写高效的并发程序至关重要，特别是处理多线程环境下的数据同步和可见性问题。在面试中，这些问题通常会被用来考察候选人的并发编程知识和实践经验。"

var5 是用过var1 var2找出内存中绅士的值

用该对象当前的值与var5比较

如果相同,更新var5的值并且返回true；如果不同,继续取值然后比较,直到更新完成

假设线程A和线程B两个线程同时执行getAndAddInt操作(分别在不同的CPU上):

1.AtomicInteger里面的value原始值为3,即主内存中AtomicInteger的value为3,根据JMM模型,线程A

和线程B各自持有一份值为3的value的副本分别到各自的工作内存.

2.线程A通过getIntVolatile(var1,var2) 拿到value值3,这是线程A被挂起.

3.线程B也通过getIntVolatile(var1,var2) 拿到value值3,此时刚好线程B没有被挂起并执行

compareAndSwapInt方法比较内存中的值也是3 成功修改内存的值为4 线程B打完收工一切OK.

4.这是线程A恢复,执行compareAndSwapInt方法比较,发现自己手里的数值和内存中的数字4不一

致,说明该值已经被其他线程抢先一步修改了,那A线程修改失败,只能重新来一遍了.

5.线程A重新获取value值,因为变量value是volatile修饰,所以其他线程对他的修改,线程A总是能够看

到,线程A继续执行compareAndSwapInt方法进行比较替换,直到成功.



原子整型之所以在i++这种多线程的环境下面，不用加synchronized，就凭借着底层UnSafe类也能

保证原子性，来保证线程安全，是因为UnSafe是CAS的核心类，且UnSafe是根据内存偏移地址来获取

的。

3、CAS的缺点

1. 多次比较循环时间长开销很大：如果CAS失败的话，会一直进行尝试，如果CAS长时间一直不

成功，可能会给CPU带来很大的开销

2. 只能保证一个共享变量的原子性：当对一个共享变量执行操作时，我们可以使用循环CAS的方

式来保证原子操作，但是对多个共享变量操作时，循环CAS就无法保证操作的原子性，这时候

就可以用锁来保证原子性

3. 引出来ABA问题

也就是说，如果使用synchronized进行加锁，一致性得到保证，但是并发性会下降；如果使用

CAS，不加锁，能保证一致性，但是它需要多次比较，耗时时间长，开销很大。

1.3 ABA问题

1、ABA问题的产生

CAS会导致ABA问题，CAS算法实现一个重要前需要取出内存中某个时刻的数据并在当下时刻比较并

替换，那么在这个时间差内会导致数据的变化。

比如说一个线程one从内存位置V中取出A，这时候另一个线程two也从内存位置V中取出A，并且线

程two进行了一些操作将值变成了B，然后线程two又将B变成了A，这个时候one进行CAS操作发现内存

中仍然是A，然后线程one操作成功

尽管one的CAS操作成功，但是不代表这个过程就是没有问题的

2、原子引用：AtomicReference

@Getter

@Setter

@AllArgsConstructor

@ToString

原子引用的用法其实和AtomicInteger差不多，只是可以自定义CAS操作对象，且这个同样也有ABA

问题

3、时间戳原子引用：AtomicStampedReference

class User{

 private String name;

 private int age;

}

public class AtomicReferenceDemo {

 public static void main(String[] args) {

   User zs = new User("zs", 22);

   User ls = new User("ls", 22);

   AtomicReference<User> reference = new AtomicReference<>();

   reference.set(zs);

   System.out.println(reference.compareAndSet(zs,

ls)+"\t"+reference.get().toString());

   System.out.println(reference.compareAndSet(zs,

ls)+"\t"+reference.get().toString());

 }

}

//结果就是true user = ls； false user = ls

/**

* Description: ABA问题的解决

* @author veliger@163.com

* @date 2019-04-12 21:30

**/

public class ABADemo {

 private static AtomicReference<Integer> atomicReference=new

AtomicReference<>(100);

 private static AtomicStampedReference<Integer> stampedReference=new

AtomicStampedReference<>(100,1);

 public static void main(String[] args) {

   System.out.println("===以下是ABA问题的产生===");

   new Thread(()->{

     atomicReference.compareAndSet(100,101);

     atomicReference.compareAndSet(101,100);

   },"t1").start();

   new Thread(()->{

     //先暂停1秒保证完成ABA

     try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException

e) { e.printStackTrace(); }

     System.out.println(atomicReference.compareAndSet(100,

2019)+"\t"+atomicReference.get());

   },"t2").start();

   try { TimeUnit.SECONDS.sleep(2); } catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace(); }

   System.out.println("===以下是ABA问题的解决===");

   new Thread(()->{

     int stamp = stampedReference.getStamp();

     System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 第1次版本

号"+stamp+"\t值是"+stampedReference.getReference());

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