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@dodola 2015-02-25T17:54:37.000000Z 字数 3506 阅读 2202

volatile 关键字

Java

  1.      当一个共享变量被volatile修饰时，它会保证修改的值会立即被更新到主存，当有其他线程需要读取时，它会去内存中读取新值。
  2.     　　而普通的共享变量不能保证可见性，因为普通共享变量被修改之后，什么时候被写入主存是不确定的，当其他线程去读取时，此时内存中可能还是原来的旧值，因此无法保证可见性。
  3.     一旦一个共享变量（类的成员变量、类的静态成员变量）被volatile修饰之后，那么就具备了两层语义：
  4.     　　1）保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性，即一个线程修改了某个变量的值，这新值对其他线程来说是立即可见的。
  5.     　　2）禁止进行指令重排序。
  7.      //先看一段代码，假如线程1先执行，线程2后执行：
  8.      //线程1
  9.      boolean stop = false;
  10.      while(!stop){
  11.          doSomething();
  12.      }
  13.      //线程2
  14.     stop = true;
  16.      这段代码是很典型的一段代码，很多人在中断线程时可能都会采用这种标记办法。但是事实上，这段代码会完全运行正确么？即一定会将线程中断么？不一定，也许在大多数时候，这个代码能够把线程中断，但是也有可能会导致无法中断线程（虽然这个可能性很小，但是只要一旦发生这种情况就会造成死循环了）。
  18.      下面解释一下这段代码为何有可能导致无法中断线程。在前面已经解释过，每个线程在运行过程中都有自己的工作内存，那么线程1在运行的时候，会将stop变量的值拷贝一份放在自己的工作内存当中。
  20.      那么当线程2更改了stop变量的值之后，但是还没来得及写入主存当中，线程2转去做其他事情了，那么线程1由于不知道线程2对stop变量的更改，因此还会一直循环下去。
  22.      但是用volatile修饰之后就变得不一样了：
  24.      第一：使用volatile关键字会强制将修改的值立即写入主存；
  26.      第二：使用volatile关键字的话，当线程2进行修改时，会导致线程1的工作内存中缓存变量stop的缓存行无效（反映到硬件层的话，就是CPU的L1或者L2缓存中对应的缓存行无效）；
  28.      第三：由于线程1的工作内存中缓存变量stop的缓存行无效，所以线程1再次读取变量stop的值时会去主存读取。
  30.      那么在线程2修改stop值时（当然这里包括2个操作，修改线程2工作内存中的值，然后将修改后的值写入内存），会使得线程1的工作内存中缓存变量stop的缓存行无效，然后线程1读取时，发现自己的缓存行无效，它会等待缓存行对应的主存地址被更新之后，然后去对应的主存读取最新的值。
  32.      那么线程1读取到的就是最新的正确的值。
  34.      //volatile保证原子性吗？
  36.      从上面知道volatile关键字保证了操作的可见性，但是volatile能保证对变量的操作是原子性吗？
  37.      下面看一个例子：
  38.             public class Test {
  39.             public volatile int inc = 0;
  40.             public void increase() {
  41.                 inc++;
  42.             }
  43.             public static void main(String[] args) {
  44.                 final Test test = new Test();
  45.                 for(int i=0;i<10;i++){
  46.                     new Thread(){
  47.                         public void run() {
  48.                             for(int j=0;j<1000;j++)
  49.                                 test.increase();
  50.                         };
  51.                     }.start();
  52.                 }
  53.                 while(Thread.activeCount()>1)  //保证前面的线程都执行完
  54.                     Thread.yield();
  55.                 System.out.println(test.inc);
  56.             }
  57.         }
  59.      　　大家想一下这段程序的输出结果是多少？也许有些朋友认为是10000。但是事实上运行它会发现每次运行结果都不一致，都是一个小于10000的数字。
  61.     　　可能有的朋友就会有疑问，不对啊，上面是对变量inc进行自增操作，由于volatile保证了可见性，那么在每个线程中对inc自增完之后，在其他线程中都能看到修改后的值啊，所以有10个线程分别进行了1000次操作，那么最终inc的值应该是1000*10=10000。
  63.     　　这里面就有一个误区了，volatile关键字能保证可见性没有错，但是上面的程序错在没能保证原子性。可见性只能保证每次读取的是最新的值，但是volatile没办法保证对变量的操作的原子性。
  65.     　　在前面已经提到过，自增操作是不具备原子性的，它包括读取变量的原始值、进行加1操作、写入工作内存。那么就是说自增操作的三个子操作可能会分割开执行，就有可能导致下面这种情况出现：
  67.     　　假如某个时刻变量inc的值为10，
  69.     　　线程1对变量进行自增操作，线程1先读取了变量inc的原始值，然后线程1被阻塞了；
  71.     　　然后线程2对变量进行自增操作，线程2也去读取变量inc的原始值，由于线程1只是对变量inc进行读取操作，而没有对变量进行修改操作，所以不会导致线程2的工作内存中缓存变量inc的缓存行无效，所以线程2会直接去主存读取inc的值，发现inc的值时10，然后进行加1操作，并把11写入工作内存，最后写入主存。
  73.     　　然后线程1接着进行加1操作，由于已经读取了inc的值，注意此时在线程1的工作内存中inc的值仍然为10，所以线程1对inc进行加1操作后inc的值为11，然后将11写入工作内存，最后写入主存。
  75.     　　那么两个线程分别进行了一次自增操作后，inc只增加了1。
  77.     　　解释到这里，可能有朋友会有疑问，不对啊，前面不是保证一个变量在修改volatile变量时，会让缓存行无效吗？然后其他线程去读就会读到新的值，对，这个没错。这个就是上面的happens-before规则中的volatile变量规则，但是要注意，线程1对变量进行读取操作之后，被阻塞了的话，并没有对inc值进行修改。然后虽然volatile能保证线程2对变量inc的值读取是从内存中读取的，但是线程1没有进行修改，所以线程2根本就不会看到修改的值。
  79.     　　根源就在这里，自增操作不是原子性操作，而且volatile也无法保证对变量的任何操作都是原子性的。
  81.     　　把上面的代码改成以下任何一种都可以达到效果：
  82.     //采用synchronized
  83.     public class Test {
  84.         public int inc = 0;
  85.         public synchronized void increase() {
  86.             inc++;
  87.         }
  88.         public static void main(String[] args) {
  89.             final Test test = new Test();
  90.             for(int i=0;i<10;i++){
  91.                 new Thread(){
  92.                     public void run() {
  93.                         for(int j=0;j<1000;j++)
  94.                             test.increase();
  95.                     };
  96.                 }.start();
  97.             }
  98.             while(Thread.activeCount()>1)  //保证前面的线程都执行完
  99.                 Thread.yield();
  100.             System.out.println(test.inc);
  101.         }
  102.     }
  104.     //采用Lock
  105.     public class Test {
  106.         public  int inc = 0;
  107.         Lock lock = new ReentrantLock();
  109.         public  void increase() {
  110.             lock.lock();
  111.             try {
  112.                 inc++;
  113.             } finally{
  114.                 lock.unlock();
  115.             }
  116.         }
  118.         public static void main(String[] args) {
  119.             final Test test = new Test();
  120.             for(int i=0;i<10;i++){
  121.                 new Thread(){
  122.                     public void run() {
  123.                         for(int j=0;j<1000;j++)
  124.                             test.increase();
  125.                     };
  126.                 }.start();
  127.             }
  129.             while(Thread.activeCount()>1)  //保证前面的线程都执行完
  130.                 Thread.yield();
  131.             System.out.println(test.inc);
  132.         }
  133.     }
  134.     //采用AtomicInteger
  135.     public class Test {
  136.         public  AtomicInteger inc = new AtomicInteger();
  138.         public  void increase() {
  139.             inc.getAndIncrement();
  140.         }
  142.         public static void main(String[] args) {
  143.             final Test test = new Test();
  144.             for(int i=0;i<10;i++){
  145.                 new Thread(){
  146.                     public void run() {
  147.                         for(int j=0;j<1000;j++)
  148.                             test.increase();
  149.                     };
  150.                 }.start();
  151.             }
  153.             while(Thread.activeCount()>1)  //保证前面的线程都执行完
  154.                 Thread.yield();
  155.             System.out.println(test.inc);
  156.         }
  157.     }
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