spring框架 為什么在多核多線程程序中要慎用volatile關(guān)鍵字?
為什么在多核多線程程序中要慎用volatile關(guān)鍵字?由于volatile不能保證它的原子性,它只能保證一個線程在修改后對其他線程可見,特別是當(dāng)多個線程自動激活并減少一個變量時,會導(dǎo)致變量錯誤。參考《
為什么在多核多線程程序中要慎用volatile關(guān)鍵字?
由于volatile不能保證它的原子性,它只能保證一個線程在修改后對其他線程可見,特別是當(dāng)多個線程自動激活并減少一個變量時,會導(dǎo)致變量錯誤。參考《深入理解Java虛擬機》一書,volatile用于以下場景:
1>操作結(jié)果不依賴于變量的當(dāng)前值,或者可以確保只有一個線程修改變量的值。
2>變量不需要與其他狀態(tài)變量一起參與不變約束。因此,在使用volatile關(guān)鍵字時,應(yīng)該小心。不僅僅是簡單的類型變量被volatile修改。此變量上的所有操作都是原始操作。當(dāng)一個變量的值由它以前的值決定時,例如n=n1,n volatile關(guān)鍵字將無效。只有當(dāng)一個變量的值與其前一個值無關(guān)時,對該變量的操作才能是原子級的,例如n=m1,這是原始級別。因此,在使用volatile鍵時必須小心。如果不確定,可以使用synchronized而不是volatile。
為什么在多核多線程程序中要慎用volatile關(guān)鍵字?
一般來說,volatile關(guān)鍵字有兩個用途:一個用于處理ISO C/C中的“異?!眱?nèi)存行為(此用途僅保證編譯器不會進行任何優(yōu)化,并且對多核CPU是否會無序優(yōu)化沒有約束力),另一個用于Java/中。Net(包括visualbasic)Studio)實現(xiàn)高性能并行算法(這種使用通過內(nèi)存屏障保證CPU/編譯器的有序性,通過JVM或CLR保證易失變量讀寫操作的原子性)??傊?,volatile對于多線程編程是非常危險的。當(dāng)您使用它時,您必須小心您的代碼是否以您想要的方式在多核上執(zhí)行,特別是對于尚未引入內(nèi)存模型的C/C程序。為了安全起見,我們?nèi)匀皇褂胮thread,Java.util.concurrent文件TBB等并行庫提供了lock/spinlock、條件變量、barrier、原子變量等同步方法來很好的工作,因為它們的內(nèi)部實現(xiàn)調(diào)用了相應(yīng)的內(nèi)存barrier來保證內(nèi)存的有序性。你只需要確保你的多線程程序沒有數(shù)據(jù)是的,pthreads庫也有自己的內(nèi)存模型,但是它的內(nèi)存模型有一些缺點,所以直接將多線程內(nèi)存模型集成到C/C中是一個更好的方法,這也是將來的趨勢,而不是在volatile中添加獲取和釋放語義關(guān)鍵字,如Java/。Net中,我們將提供另一種具有同步語義的原子變量。如果要實現(xiàn)更高性能的無鎖算法,或者使用volatile進行同步,首先需要了解CPU的內(nèi)存模型和編程語言,然后時刻注意原子性和有序性是否得到保證。(注意:沒有acquire/release語義的情況下使用volatile變量進行同步是錯誤的,但是您仍然可以在C/C中使用volatile來修改一個不用于同步的變量(例如事件),它只是一個由不同線程讀寫的共享變量,但當(dāng)它的新值可以被另一個線程讀取時,就不能保證了。您需要自己做相應(yīng)的處理)
多個線程可以讀一個變量,只有一個線程可以對這個變量進行寫,到底要不要加鎖?
下面簡要解釋一下原因:
鎖定是因為操作不是原子的。讓我們把我的手術(shù)作為一個解釋。參見下面兩個圖。
我這個操作需要
看上面的第二個圖,你能很清楚地理解這個過程嗎?
鎖定是為了確保上述三個步驟是原子操作。
回到問題上來,只有一個線程要寫,沒有競爭,所以不需要鎖定。
但是,如果你看第一張圖片,因為主內(nèi)存和本地內(nèi)存的存在
在一個線程寫入后,其他線程無法立即看到它。這就是可見性問題。
添加volatile關(guān)鍵字后,它將在操作后強制工作內(nèi)存和主內(nèi)存同步,以確保其他線程可以立即看到它。
volatile關(guān)鍵字在Java中有什么作用?
Volatile是為了防止指令重新排序以確??梢娦?/p>
對于JVM級別,是為了防止編譯器重新排序
同時,對于某些CPU,它們會通過緩存鎖或線程來解決緩存可見性
但是,目前很多CPU已經(jīng)過優(yōu)化,由于cache一致性MESI會帶來性能開銷,因此采用storebuffer機制進行異步處理,這種機制會導(dǎo)致指令的無序執(zhí)行。這會導(dǎo)致可見性問題。
然后volatile將在CPU級別增加內(nèi)存屏障,以解決由CPU無序執(zhí)行引起的可見性問題