Java 并发 关键字volatile

Java 并发 关键字volatile

@author ixenos

volatile只是保证了共享变量的可见性，不保证同步操作的原子性

同步块 和 volatile 关键字机制

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synchronized 
　　同步块大家都比较熟悉，通过 synchronized 关键字来实现，所有加上synchronized 和 块语句，在多线程访问的时候，同一时刻只能有一个线程能够用synchronized 修饰的方法 或者 代码块。

volatile
　　用volatile修饰的变量，线程在每次刚使用变量的时候，都会读取变量修改后的最新的值的副本到线程栈中。volatile很容易被误用来进行原子性操作，因为线程对其操作只是副本上，并不会实时更改共享内存中的变量值。

　　VM为什么要使用副本呢，在副本上操作时可以进行读写操作的重排序优化，能提升运行效率，而是用volatile将禁止副本的使用，而且在volatile变量周围限制重排序操作，具体分析请看：深入理解Java内存模型（四）——volatile

下面看一个例子，我们实现一个计数器，每次线程启动的时候，会调用计数器inc方法，对计数器进行加一

public class Counter { 

    public static int count = 0; 

    public static void inc() { 

        //这里延迟1毫秒，使得结果明显 
        try { 
            Thread.sleep(1); 
        } catch (InterruptedException e) { 
        } 

        count++; 
    } 

    public static void main(String[] args) { 

        //同时启动1000个线程，去进行i++计算，看看实际结果 

        for (int i = 0; i < 1000; i++) { 
            new Thread(new Runnable() { 
                @Override
                public void run() { 
                    Counter.inc(); 
                } 
            }).start(); 
        } 

        //这里每次运行的值都有可能不同,可能为1000 
        System.out.println("运行结果:Counter.count=" + Counter.count); 
    } 
}

/*运行结果:Counter.count=995*/ 

实际运算结果每次可能都不一样，本机的结果为：运行结果:Counter.count=995，可以看出，在多线程的环境下，Counter.count并没有期望结果是1000 

很多人以为，这个是多线程并发问题，只需要在变量count之前加上volatile就可以避免这个问题，那我们在修改代码看看，看看结果是不是符合我们的期望 

public class Counter { 

    public volatile static int count = 0; 

    public static void inc() { 

        //这里延迟1毫秒，使得结果明显 
        try { 
            Thread.sleep(1); 
        } catch (InterruptedException e) { 
        } 

        count++; 
    } 

    public static void main(String[] args) { 

        //同时启动1000个线程，去进行i++计算，看看实际结果 

        for (int i = 0; i < 1000; i++) { 
            new Thread(new Runnable() { 
                @Override
                public void run() { 
                    Counter.inc(); 
                } 
            }).start(); 
        } 

        //这里每次运行的值都有可能不同,可能为1000 
        System.out.println("运行结果:Counter.count=" + Counter.count); 
    } 
}

/*运行结果:Counter.count=992*/ 

运行结果还是没有我们期望的1000，下面我们分析一下原因

　　在 java 垃圾回收整理一文中，描述了jvm运行时刻内存的分配。其中有一个内存区域是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:

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

但是这一些操作并不是原子性，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。

总之，volatile使线程直接和共享内存的数据交互，并阻止VM的重排序优化

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