java面试题整理《多线程篇》三

volatile 关键字的作用

Java 提供了 volatile 关键字是线程同步的轻量级实现,用来保证可见性和有序性(禁止指令重排),volatile 常用于多线程环境下的单次操作(单次读或者单次写)。

对于加了 volatile关键字的成员变量,在对这个变量进行修改时,全直接将CPU高级缓存中的数据送回到主内存,对这个变量的读取也会直接从主内存中读取,从而保证了可见性

在对 volatile修饰的成员变量进行读写时,会插入内存屏障,而内存屏障可以达到禁止重排序的效果,从而可以保证有序性

volatile可以和CAS 结合,来保证原子性。

讲一下 JMM(Java 内存模型)

在当前的 Java 内存模型下,线程可以把变量保存本地内存(比如机器的寄存器)中,而不是直接在主存中进行读写。这就可能造成一个线程在主存中修改了一个变量的值,而另外一个线程还继续使用它在寄存器中的变量值的拷贝,造成数据的不一致。要解决这个问题,就需要把变量声明为 volatile ,这就指示 JVM,这个变量是共享且不稳定的,每次使用它都到主存中进行读取。

volatile是怎样实现了?

volatile实现内存可见性原理:

一个问题:本地内存和主内存之间的值不一致,导致内存不可见。

在生成汇编代码时会在volatile修饰的共享变量进行写操作的时候会多出Lock前缀的指令。将当前处理器缓存行的数据写回系统内存,这个写回内存的操作会使得其他CPU里缓存了该内存地址的数据无效,当处理器发现本地缓存失效后,就会从内存中重读该变量数据,即可以获取当前最新值。这样针对volatile变量通过这样的机制就使得每个线程都能获得该变量的最新值。

volatile实现有序性原理:

为了实现volatile的内存语义,编译器在生成字节码时会通过插入内存屏障来禁止指令重排序。

内存屏障:内存屏障是一种CPU指令,它的作用是对该指令前和指令后的一些操作产生一定的约束,保证一些操作按顺序执行。

什么是CAS?

CAS即Compare And Swap,比较并替换。是一条CPU并发原语,Java中可以通过CAS操作来保证原子性,它的功能是判断内存某个位置的值是否为预期值,如果是则更新为新的值,这个过程是原子的。

CAS并发原语提现在Java语言中就是sun.misc.UnSafe类中的各个方法。调用UnSafe类中的CAS方法,JVM会帮我实现CAS汇编指令。这是一种完全依赖于硬件功能,通过它实现了原子操作。原语的执行必须是连续的,在执行过程中不允许中断,也即是说CAS是一条原子指令,不会造成所谓的数据不一致的问题。

Unsafe:CAS的核心类,Java方法无法直接访问内存,需要通过本地方法native来访问,在Unsafe中所有方法都是native方法,用来直接操作内存,执行相应的任务。

CAS有3个操作数,内存值V,旧的预期值A,要修改的新值B。当且仅当预期值A和内存值V相同时,将内存值V修改为B,否则什么都不做。类似于乐观锁。CAS自旋的概率会比较大,从而浪费更多的CPU资源。在这个过程中可能存在ABA问题:

当你获得对象当前数据后,在准备修改为新值前,对象的值被其他线程连续修改了两次(A->B->A),而经过两次修改后,对象的值又恢复为旧值,这样当前线程无法正确判断这个对象是否修改过。

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