JUC与Volatile

JMM

JMM：Java内存模型，不存在的东西，概念！约定！

关于JMM的一些同步的约定：

1、线程解锁前，必须把共享变量立刻刷回主存

2、线程加锁前，必须读取主存的最新值到工作内存中！

3、加锁和解锁是同一把锁

线程 工作内存、主内存

内存交互操作有8种，虚拟机实现必须保证每一个操作都是原子的，不可在分的(对于 double 和 long 类型的变量来说，load、store、read 和 write 操作在某些平台上允许例外)

• lock (锁定)：作用于主内存的变量，把一个变量标识为线程独占状态

• unlock (解锁)：作用于主内存的变量，它把一个处于锁定状态的变量释放出来，释放后的变量才可以被其他线程锁定

• read (读取)：作用于主内存变量，它把一个变量的值从主内存传输到线程的工作内存中，以便随后的 load 动作使用

• load (载入)：作用于工作内存的变量，它把 read 操作从主存中变量放入工作内存中

• use(使用)： 作用于工作内存中的变量，它把工作内存中的变量传输给执行引擎，每当虚拟机遇到一个需要使用到变量的值，就会使用到这个指令

• assign (赋值)：作用于工作内存中的变量，它把一个从执行引擎中接受到的值放入工作内存的变量副本中

• store (存储)：作用于主内存中的变量，它把一个从工作内存中一个变量的值传送到主内存中，以便后续的 write 使用

• write (写入)：作用于主内存中的变量，它把 store 操作从工作内存中得到的变量的值放入主内存的变量中

JMM对这八种指令的使用，制定了如下规则：

• 不允许 read 和 load、store 和 write 操作之一单独出现。即使用了 read 必须 load，使用了 store 必须 write

• 不允许线程丢弃他最近的 assign 操作，即工作变量的数据改变了之后，必须告知主存

• 不允许一个线程将没有 assign 的数据从工作内存同步回主内存

• 一个新的变量必须在主内存中诞生，不允许工作内存直接使用一个末被初始化的变量。就是怼变量实施 use、store 操作之前，必须经过 assign 和 load 操作

• 一个变量同一时间只有一个线程能对其进行 lock。多次 lock 后，必须执行相同次数的 unlock 才能解锁

• 如果对一个变量进行 lock 操作，会清空所有工作内存中此变量的值，在执行引擎使用这个变量前，必须重新 load 或 assign 操作初始化变量的值

• 如果一个变量没有被 lock，就不能对其进行 unlock 操作。也不能 unlock 一个被其他线程锁住的变量

• 对一个变量进行 unlock 操作之前，必须把此变量同步回主内存

Volatile

1、保证可见性

public class JMMDemo {
    //不加 volatile 程序就会死循环
    //加 volatile 可以保证可见性
    private volatile static int num = 0;
    public static void main(String[] args) {//main


        new Thread(()->{
            while (num==0){//线程1 对主内存的变化是不知道的

            }
        }).start();
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        num = 1;
        System.out.println(num);
    }
}

2、不保证原子性

原子性：不可分割

线程A在执行任务的时候，不能被打扰的，也不能被分割。要么同时成功，要么同时失败

// volatile 不保证原子性
public class VDemo02 {
    // volatile 不保证原子性
//    private volatile static int num = 0;
//    public static void add(){
//        num++;//不是一个原子性操作
//    }
    //AtomicInteger  原子类
    private volatile static AtomicInteger num = new AtomicInteger();
    public static void add(){
        num.getAndIncrement();//AtomicInteger  +1 方法 CAS
    }

    public static void main(String[] args) {
        //理论上num结果应该为2万
        for (int i = 1; i <= 20; i++) {
            new Thread(()->{
                for (int j = 0; j < 1000; j++) {
                    add();
                }
            }).start();
        }
        while (Thread.activeCount()>2){//main  gc
            Thread.yield();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + num);
    }
}

这些类的底层都直接和操作系统挂钩！在内存中修改值！Unsafe类是一个很特殊的存在！

什么是 指令重排：你写的程序，计算机并不是按照你写的那样去执行的

源代码-->编译器优化的重排-->指令并行也可能会重排-->内存系统也会重排-->执行

处理器在进行指令重排的时候，考虑：数据之间的依赖性！

volatile可以避免指令重排

内存屏障。CPU指令。作用：

1、保证特定的操作的执行顺序！

2、可以保证某些变量的内存可见性（利用这些特性volatile实现了可见性）

Volatile 是可以保持可见性，不能保证原子性，由于内存屏障，可以保证避免指令重排的现象产生！

单例模式

//饿汉式单例
public class Hungry {
    private byte[] data1 = new byte[1024*1024];
    private byte[] data2 = new byte[1024*1024];
    private byte[] data3 = new byte[1024*1024];
    private byte[] data4 = new byte[1024*1024];
    private Hungry(){
    }
    private final static Hungry HUNGRY = new Hungry();
    public static Hungry getInstance(){
        return HUNGRY;
    }
}

//懒汉式单例
//道高一尺，魔高一丈！
public class LazyMan {
    private static boolean qinjiang = false;
    private LazyMan(){

        synchronized (LazyMan.class){
            if (qinjiang == false){
                qinjiang = true;
            }else {
                throw new RuntimeException("不要试图使用反射破坏异常");
            }
        }
        //System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "OK");
    }
    private static LazyMan lazyMan;
    //双重检测锁模式的 懒汉式单例 DCL懒汉式
    public static LazyMan getInstance(){
        if (lazyMan==null){
            synchronized (LazyMan.class){
                if (lazyMan==null){
                    lazyMan = new LazyMan();//不是一个原子性操作
                }
            }
        }
        return lazyMan;
    }
    //反射
    public static void main(String[] args) throws Exception {
//        LazyMan instance = LazyMan.getInstance();
        Field qinjiang = LazyMan.class.getDeclaredField("qinjiang");
        qinjiang.setAccessible(true);
        Constructor<LazyMan> declaredConstructor = LazyMan.class.getDeclaredConstructor(null);
        declaredConstructor.setAccessible(true);
        LazyMan instance = declaredConstructor.newInstance();
        qinjiang.set(instance,false);
        LazyMan instance1 = declaredConstructor.newInstance();
        System.out.println(instance);
        System.out.println(instance1);
    }
}
/**
 * 1、分配内存空间
 * 2、执行构造方法，初始化对象
 * 3、把这个对象指向这个空间
 *
 * 123
 * 132 A
 *     B//此时lazyMan还没有完成构造
 */

//静态内部类   不安全的
public class Holder {
    private Holder(){
    }
    public static Holder getInstance(){
        return InnerClass.HOLDER;
    }
    public static class InnerClass{
        private static final Holder HOLDER = new Holder();
    }
}

//enum 是一个什么？ 本身也是一个Class类  枚举
public enum  EnumSingle {
    INSTANCE;
    public EnumSingle getInstance(){
        return INSTANCE;
    }
}
class test{
    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {
        EnumSingle instance1 = EnumSingle.INSTANCE;
        Constructor<EnumSingle> declaredConstructor = EnumSingle.class.getDeclaredConstructor(String.class,int.class);
        declaredConstructor.setAccessible(true);
        EnumSingle instance2 = declaredConstructor.newInstance();
        //NoSuchMethodException: com.liu.single.EnumSingle.<init>()//没有空参构造器
        System.out.println(instance1);
        System.out.println(instance2);
    }
}

cmd反编译源码 jad -sjava +类名 

// Decompiled by Jad v1.5.8g. Copyright 2001 Pavel Kouznetsov.
// Jad home page: http://www.kpdus.com/jad.html
// Decompiler options: packimports(3)
// Source File Name:   EnumSingle.java
package com.lin.single;
public final class EnumSingle extends Enum {
    public static EnumSingle[] values() {
        return (EnumSingle[])$VALUES.clone();
    }
    public static EnumSingle valueOf(String name) {
        return (EnumSingle)Enum.valueOf(com/lin/single/EnumSingle, name);
    }
    private EnumSingle(String s, int i) {
        super(s, i);
    }
    public EnumSingle getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
    public static final EnumSingle INSTANCE;
    private static final EnumSingle $VALUES[];
    static {
        INSTANCE = new EnumSingle("INSTANCE", 0);
        $VALUES = (new EnumSingle[] {
                INSTANCE
        });
    }
}

CAS

CAS：比较当前工作内存中的值和主内存中的值，如果这个值是期望的，那么则执行操作！如果不是就一直循环！

缺点：

1、循环会耗时

2、一次性只能保证一个共享变量的原子性

3、ABA问题

public class CASDemo {
    //CAS   compareAndSet : 比较并交换！
    public static void main(String[] args) {
        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(2020);
        //对于我们平时写的SQL：乐观锁！ 
        //期望、更新
        //public final boolean compareAndSet(int expect, int update)
        //如果我期望的值达到了，那么就更新，否则，就不更新,CAS是CPU的并发原语！
        //==============捣乱的线程================
        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 2021));
        System.out.println(atomicInteger.get());
        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2021, 2020));
        System.out.println(atomicInteger.get());
        //==============期望的线程================
        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 6666));
        System.out.println(atomicInteger.get());
    }
}

原子引用

解决ABA问题，引入原子引用！对应思想，乐观锁！

带版本号的原子操作！

注意：

Integer 使用了对象缓存机制，默认范围是-128~127，推荐使用静态工厂方法 valueOf获取对象实例，而不是new，因为 valueOf 使用缓存，而 new 一定会创建新的对象分配新的内存空间

public class CASDemo {
    //CAS   compareAndSet : 比较并交换！
    //int Integer 包装类-128~127  AtomicStampedReference 注意，如果泛型是一个包装类，注意对象的引用问题
    //正常在业务操作，这里面比较的都是一个个对象
    static AtomicStampedReference<Integer> atomicStampedReference    = new AtomicStampedReference<>(1,1);
    public static void main(String[] args) {
//        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(2020);
        new Thread(()->{
            int stamp = atomicStampedReference.getStamp();//获得版本号
            System.out.println("a1=>" + stamp);
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            // Version + 1
            System.out.println(atomicStampedReference.compareAndSet(1, 2,
                    atomicStampedReference.getStamp(), atomicStampedReference.getStamp() + 1));
            System.out.println("a2=>" + atomicStampedReference.getStamp());
            System.out.println(atomicStampedReference.compareAndSet(2, 1,
                    atomicStampedReference.getStamp(), atomicStampedReference.getStamp() + 1));
            System.out.println("a3=>" + atomicStampedReference.getStamp());
        },"a").start();
        //乐观锁原理相同
        new Thread(()->{
            int stamp = atomicStampedReference.getStamp();//获得版本号
            System.out.println("b1=>" + stamp);
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(atomicStampedReference.compareAndSet(1, 6,
                    stamp, stamp + 1));
            System.out.println("b2=>" + atomicStampedReference.getStamp());
        },"a").start();
    }
}

JUC与Volatile

原文：https://www.cnblogs.com/linhtx212318293/p/14598765.html