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[Java知识库]深耕Java多线程 - volatile不具备原子性

问题1:volatile 能使得一个非原子操作变成原子操作吗?

volatile能保证数据的可见性,但volatile不能完全保证数据的原子性,不能防止指令交错,对于volatile类型的变量进行复合操作,其仍存在线程不安全的问题。
在这里插入图片描述
对于关键字volatile修饰的内存可见变量而言,具有两个重要的语义:

(1)使用volatile修饰的变量在变量值发生改变时,会立刻同步到主存,并使其他线程的变量副本失效。
(2)禁止指令重排序:用volatile修饰的变量在硬件层面上会通过在指令前后加入内存屏障来实现,编译器级别是通过下面的规则实现的。

为了实现这些volatile内存语义,JMM对于volatile变量会有特殊的约束:

(1)使用volatile修饰的变量其read、load、use都是连续出现的,所以每次使用变量的时候都要从主存读取最新的变量值,替换私有内存的变量副本值(如果不同的话)。
(2)其对同一变量的assign、store、write操作都是连续出现的,所以每次对变量的改变都会立马同步到主存中。

虽然volatile修饰的变量可以强制刷新内存,但是其并不具备原子性。虽然其要求对变量的(read、load、use)、(assign、store、write)必须是连续出现,但是在不同CPU内核上并发执行的线程还是有可能出现读取脏数据的时候。

假设有两个线程A、B分别运行在Core1、Core2上,并假设此时的value为0,线程A、B也都读取了value值到自己的工作内存。

  • 现在线程A将value变成1之后,完成了assign、store的操作,假设在执行write指令之前,线程A的CPU时间片用完,线程A被空闲,但是线程A的write操作没有到达主存。
  • 由于线程A的store指令触发了写的信号,线程B缓存过期,重新从主存读取到value值,但是线程A的写入没有最终完成,线程B读到的value值还是0。
  • 线程B执行完成所有的操作之后,将value变成1写入主存。线程A的时间片重新拿到,重新执行store操作,将过期了的1写入主存。

在这里插入图片描述
对于复合操作,volatile变量无法保障其原子性,如果要保证复合操作的原子性,就需要使用锁并且,在高并发场景下,volatile变量一定需要使用Java的显式锁结合使用。

问题2:Java 中能创建 volatile 数组吗?

可以创建volatile数组,但是volatile只保证对数组的引用可见,即如果是改变引用只向的数组,将受到volatile的保护,但是对多个线程想要去改变数组里面的元素,volatile不能保证。

问题3:保证"可见性"有哪几种方式?

JMM提供了一套自己的方案去禁用缓存以及禁止重排序来解决这些可见性和有序性问题。JMM提供的方案包括大家都很熟悉的volatile、synchronized、final等。

问题4:synchronized 和 volatile 的区别是什么?

(1) volatile只能作用于变量,使用范围较小。synchronized可以用在变量、方法、类、同步代码块等,使用范围比较广。
(2) volatile只能保证可见性和有序性,不能保证原子性。而可见性、有序性、原子性synchronized都可以保证。
(3) volatile不会造成线程阻塞。synchronized可能会造成线程阻塞。

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