Java多线程相关知识【10】--解释volatile关键字

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1.问题的引入

​ 假设两个人同时对银行的一个账户进行存入1元钱操作，若银行未进行一定的保障，则有可能造成两个人同时存入一元钱，而这个账户仅仅会添加一元钱，而将会丢失一元钱的情况，那么如何保证这种情况不被发生呢?

2.问题发生的原因

​ 由于两人同时存入前，计算机读取数据时，并不会判断在读取数据后是否会发成改变，并且都将相应读到的数据存到计算机内，而仅对当前读到的数据进行保存，而忽略了多个人同时操作时发生的与时间有关的问题，故会造成读到脏数据的情况。（详见操作系统，多线程相关原理的解释）

3.解决的方法

3.1.解决方法的理论

3.1.1总线加锁

​ 总线加锁即当操作共享数据时，将会为访问的数据进行全部加锁的方式，这种方式虽然能解决相关程序的运行问题，但是，同样也会造成系统的运行效率低下等问题。

3.1.2.使用cpu高速缓存一致性协议（Intel 提出）

思想：cpu写入数据时，发现被共享时，会通知其他拥有副本的cpu需要立即更新缓存，即之前的信息失效，其他的cpu在收到信号后，会重新到相应内存区重新获取相应数据，这也就解决多个线程访问时数据不一致的问题。而Java在使用volatile关键字时，即使用了这个设计的思想。

3.2.Java中的多线程的三大原则

3.2.1.原子性（atomic）

​ 一个操作要么都成功，要么都失败，不能因为任何原因被中断。

3.2.2.有序性（order）

相应的操作需要按顺序执行（重排序为只要求结果一致性（重排序能优化单线程的执行效率），但在多线程中，会产生相关的错误）

Java默认提供的有序性（happens-before）

1. 代码执行时顺序为写在前面的代码先发生，写在后面的后发生。

2. 解锁操作必须在锁之后。

3. 多线程时，volatile修饰的关键字先执行写操作，后执行读操作。

4. 如果A操作先于B操作，B操作先于C操作，那么A操作必定先于C操作。

5. 在线程启动时，线程的创建必定优先于线程的执行。

6. 在线程中断时，线程的中断操作（interrupt）必须发生在捕获异常发生之前。

7. 对象的初始化，必须发生在销毁之前。

8. 线程的所有操作必须发生在线程的销毁之前。

3.3.3.可见性（visable）

任何时间看到的数据应为最新的数据，而并非为旧的数据（防止操作系统的与时间有关的错误)

3.3.Java中的解决方法（使用volatile）

在Java中，未了解决操作系统中的与时间有关的错误的问题时，为了简单起见，通常会使用volatile关键字，但本关键字也有一定的使用限制，具体如下：

3.3.1.使用volatile关键字的优点和缺点

1. 一旦此变量被关键字修饰，则虚拟机则保证了执行的可见性（V）和有序性（O），但并不能保证这个变量的原子性（A）。
2. 保证重排序时，指令的执行顺序不被修改
3. 强制使缓存的数据立刻写入主存
4. 若对关键字修饰的变量进行写操作，则会是其他cpu的缓存的数据在写入修改后立即失效。

3.3.2.volatile关键字的使用场景

1. 需要进行状态量的标记时，可使用本关键字。
2. 需要保证关键字修饰的语句的执行的先后顺序不发送改变，即运行一致性时，可使用本关键字。