violate关键字---java高并发

2024-02-07 11:18
文章标签 java 并发 关键字 violate

本文主要是介绍violate关键字---java高并发,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

内存模型相关概念

计算机在执行程序时,每条指令都是在CPU中执行的,而执行指令过程中,势必涉及到数据的读取和写入。由于程序运行过程中的临时数据是存放在主存(物理内存)当中的,这时就存在一个问题,由于CPU执行速度很快,而从内存读取数据和向内存写入数据的过程跟CPU执行指令的速度比起来要慢的多,因此如果任何时候对数据的操作都要通过和内存的交互来进行,会大大降低指令执行的速度。因此在CPU里面就有了高速缓存

也就是,当程序在运行过程中,会将运算需要的数据从主存复制一份到CPU的高速缓存当中,那么CPU进行计算时就可以直接从它的高速缓存读取数据和向其中写入数据,当运算结束之后,再将高速缓存中的数据刷新到主存当中。举个简单的例子,比如下面的这段代码:

i = i + 1;
  • 1
  • 单线程:当线程执行这个语句时,会先从主存当中读取i的值,然后复制一份到高速缓存当中,然后CPU执行指令对i进行加1操作,然后将数据写入高速缓存,最后将高速缓存中i最新的值刷新到主存当中。并没有什么问题。

  • 多线程:在多核CPU中,每条线程可能运行于不同的CPU中,因此每个线程运行时有自己的高速缓存(对单核CPU来说,其实也会出现这种问题,只不过是以线程调度的形式来分别执行的)。本文我们以多核CPU为例。++比如同时有2个线程执行这段代码,假如初始时i的值为0,那么我们希望两个线程执行完之后i的值变为2。但是事实会是这样吗?++
    可能存在下面一种情况:

初始时,两个线程分别读取i的值存入各自所在的CPU的高速缓存当中,然后线程1进行加1操作,然后把i的最新值1写入到内存。此时线程2的高速缓存当中i的值还是0,进行加1操作之后,i的值为1,然后线程2把i的值写入内存。最终结果i的值是1,而不是2。

这就是著名的缓存一致性问题。通常称这种被多个线程访问的变量为共享变量

  也就是说,如果一个变量在多个CPU中都存在缓存(一般在多线程编程时才会出现),那么就可能存在缓存不一致的问题。

  为了解决缓存不一致性问题,通常来说有以下2种解决方法:

  1. 通过在总线加LOCK锁的方式
  2. 通过缓存一致性协议

这2种方式都是硬件层面上提供的方式。

在早期的CPU当中,是通过在总线上加LOCK#锁的形式来解决缓存不一致的问题。因为CPU和其他部件进行通信都是通过总线来进行的,如果对总线加LOCK#锁的话,也就是说阻塞了其他CPU对其他部件访问(如内存),从而使得只能有一个CPU能使用这个变量的内存。比如上面例子中 如果一个线程在执行 i = i +1,如果在执行这段代码的过程中,在总线上发出了LCOK锁的信号,那么只有等待这段代码完全执行完毕之后,其他CPU才能从变量i所在的内存读取变量,然后进行相应的操作。这样就解决了缓存不一致的问题。

但是上面的方式会有一个问题,由于在锁住总线期间,其他CPU无法访问内存,导致效率低下。

所以就出现了缓存一致性协议。最出名的就是Intel 的MESI协议,MESI协议保证了每个缓存中使用的共享变量的副本是一致的。它核心的思想是:当CPU写数据时,如果发现操作的变量是共享变量,即在其他CPU中也存在该变量的副本,会发出信号通知其他CPU将该变量的缓存行置为++无效状态++,因此当其他CPU需要读取这个变量时,发现自己缓存中缓存该变量的缓存行是无效的,那么它就会从内存重新读取。

这里写图片描述

violate关键字(2.3)

易变得、不稳定的。

当使用violate去申明一个变量时,就等于告诉了虚拟机这个变量极有可能会被某些程序或者线程修改。为了确保这个变量被修改后,应用程序中的其他的线程都可以看到这个改动,虚拟机就必须采用一些特殊的手段,保证这个变量的可见性等特点。

violate缺点

violate无法保证一些符合操作的原子性,用volatile修饰的变量,线程在每次使用变量的时候,都会读取变量修改后的最的值。volatile很容易被误用,用来进行原子性操作。

violate

Java运行时有个一个内存区域是jvm虚拟机栈,每一个线程运行时都有一个线程栈,线程栈保存了线程运行时候变量值信息。当线程访问某一个对象时候值的时候,首先通过对象的引用找到对应在堆内存的变量的值,然后把堆内存变量的具体值load到线程本地内存中,建立一个变量副本,之后线程就不再和对象在堆内存变量值有任何关系,而是直接修改副本变量的值,在修改完之后的某一个时刻(线程退出之前),自动把线程变量副本的值回写到对象在堆中变量。这样在堆中的对象的值就产生变化了。下面一幅图描述这写交互:

这里写图片描述

  • read and load 从主存复制变量到当前工作内存
  • use and assign 执行代码,改变共享变量值
  • store and write 用工作内存数据刷新主存相关内容

其中use and assign 可以多次出现,但是这些操作并不是原子性的,也就是在read load之后,如果主内存count变量发生修改之后,线程工作内存中的值由于已经加载,不会产生对应的变化,所以计算出来的结果会和预期不一样。对于volatile修饰的变量,jvm虚拟机只是保证从主内存加载到线程工作内存的值是最新的。

例如假如线程1,线程2 在进行read,load 操作中,发现主内存中count的值都是5,那么都会加载这个最新的值在线程1堆count进行修改之后,会write到主内存中,主内存中的count变量就会变为6,线程2由于已经进行read,load操作,在进行运算之后,也会更新主内存count的变量值为6。导致两个线程及时用volatile关键字修改之后,还是会存在并发的情况。

使用

用一个线程来控制开关变量,通知其他线程的开关闭合情况。

这篇关于violate关键字---java高并发的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/687536

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