为什么使用volatile比同步代价更低?
同步的代价, 主要由其覆盖范围决定, 如果可以降低同步的覆盖范围, 则可以大幅提升程序性能.
而volatile的覆盖范围仅仅变量级别的. 因此它的同步代价很低.
volatile原理是什么?
volatile的语义, 其实是告诉处理器, 不要将我放入工作内存, 请直接在主存操作我.(工作内存详见java内存模型)
因此, 当多核或多线程在访问该变量时, 都将直接操作主存, 这从本质上, 做到了变量共享.
volatile的有什么优势?
1, 更大的程序吞吐量
2, 更少的代码实现多线程
3, 程序的伸缩性较好
4, 比较好理解, 无需太高的学习成本
volatile有什么劣势?
1, 容易出问题
2, 比较难设计
volatile运算存在脏数据问题
volatile仅仅能保证变量可见性, 无法保证原子性.
volatile的race condition示例:
public class TestRaceCondition {
private volatile int i = 0;
public void increase() {
i++;
}
public int getValue() {
return i;
}
}
当多线程执行increase方法时, 是否能保证它的值会是线性递增的呢?
答案是否定的.
原因:
这里的increase方法, 执行的操作是i++, 即 i = i + 1;
针对i = i + 1, 在多线程中的运算, 本身需要改变i的值.
如果, 在i已从内存中取到最新值, 但未与1进行运算, 此时其他线程已数次将运算结果赋值给i.
则当前线程结束时, 之前的数次运算结果都将被覆盖.
即, 执行100次increase, 可能结果是 < 100.
一般来说, 这种情况需要较高的压力与并发情况下, 才会出现.
如何避免这种情况?
解决以上问题的方法:
一种是 操作时, 加上同步.
这种方法, 无疑将大大降低程序性能, 且违背了volatile的初衷.
第二种方式是, 使用硬件原语(CAS), 实现非阻塞算法
从CPU原语上, 支持变量级别的低开销同步.
CPU原语-比较并交换(CompareAndSet),实现非阻塞算法
什么是CAS?
cas是现代CPU提供给并发程序使用的原语操作. 不同的CPU有不同的使用规范.
在 Intel 处理器中，比较并交换通过指令的 cmpxchg 系列实现。
PowerPC 处理器有一对名为“加载并保留”和“条件存储”的指令，它们实现相同的目地；
MIPS 与 PowerPC 处理器相似，除了第一个指令称为“加载链接”。
CAS 操作包含三个操作数 —— 内存位置（V）、预期原值（A）和新值(B)
什么是非阻塞算法?
一个线程的失败或挂起不应该影响其他线程的失败或挂起.这类算法称之为非阻塞(nonblocking)算法
