0.3、多线程学习——volatile 的最佳实践

前言

体能状态先于精神状态，习惯先于决心，聚焦先于喜好。

Java 内存模型的介绍

如果对Java 内存模型有所了解可以略过本段，否则建议移步：Java 内存模型与８种基本操作、原子性、可见性、有序性

线程的可见性和线程的有序性

简单来说，可见性就是 本线程对工作内存中的一个变量进行了修改，会立即同步到主内存中。
线程的有序性是相对的，由于指令重排的存在，本线程的指令执行顺序总是保持语义的有序性，但是从本线程观察另一个线程的指令执行过程是无序的。

JVM 的服务端模式和客户端模式

• HotSpot 32JDK支持 client模式和server模式，HotSpot 64JDK仅支持server模式,可以到安装目录 jdk_版本\jre\bin 下看到 server 和 client 两个文件夹
• JVM启动时采用何种模式是在名为jvm.cfg的配置文件中配置的：
  32位JDK，位置为：JAVA_HOME/jre/lib/i386/jvm.cfg；
  64位JDK，位置为：JAVA_HOME/jre/lib/amd64/jvm.cfg。
• 也可以在运行时增加参数命令 “java -server” and "java -client"来指定模式
• server模式下JVM启动会变慢，client启动会快些。
• server 模式会运用更多的优化技术，即在运行期间会有更好的性能体验。

JIT优化

• JIT 的全称是 Just In Time compiler
• Java基于运行时编译从而实现了扩平台的特性，即在运行时将字节码文件 .class 文件编译为具体的机器码，这样有一个弊端，就是编译过程需要消耗时间导致销量低下。后来JVM 提供了JIT(即时编译器)，当虚拟机发现某个方法或代码块运行特别频繁时，就会把这些代码认定为“Hot Spot Code”（热点代码），为了提高热点代码的执行效率，在运行时，虚拟机将会把这些代码编译成与本地平台相关的机器码，并进行各层次的优化。
• 一般的热点代码有被多次调用的方法、被多次调用的循环体。
• server 的 JIT 优化更加充分。

volatile

volatile 可做的事情

确保被修饰变量的可见性

volatile 可以用于修饰变量，被修饰的变量可以确保可见性，即当该变量被修改时，会被立即从线程私有的工作内存同步到所有线程共有主内存中，其他线程在需要用到这个值时，会感知到旧值有所变化，从而从主内存获取到最新的值。

防止 JVM Server 模式下 JIT 过度优化：保证可见性和有序性

本条可以结合上面可见性的作用来理解。
由于Server模式下，JDK会进行更多的优化，导致某些变量的可见性不见了。
比如你使用一个普通boolean类型变量作为信号量，执行while（信号量）{程序1}。当条件为true时执行程序1，另一个线程对该变量进行修改，在Server模式下，程序1会一直执行下去，因为这种模式下，由于Server模式下的JIT优化，信号量的修改无法被感知到。
所以这个时候你可以使用JVM client 模式，或者给该字段增加 volatile 修饰。

保证64位数据类型操作的原子性

Java 内存模型允许将一个64位的数据类型（long，double）的一次操作分为两个32位的数据操作来分别执行，这样在高并发的场景下，容易造成数据出错，使用volatile可以避免这个问题。当然，当前虚拟机一般是支持long和double的原子性操作的。

volatile 不可做的事情

不能保证多线程下共享变量操作的

如果你深刻理解了 volatile 在可见性上的建树的话，请思考下面这个场景。

• 一个变量被 volatile 修饰了，第一个线程修改其值为1，两外两个线程同时对该值做加1操作；线程1修改完参数值为1后，该值被立即从线程1的工作内存同步到主内存中，线程2 和线程3判断出参数值有变化（或者第一次就是直接获取），将参数拷贝保存到各自的工作内存，各自加1，这个时候，线程2 和线程3的工作内存的变量值都是2，然后分别同步到主内存，最后主内存中该变量的值是2。

按理说上面的三个线程的操作结果应该是3，但是由于线程2和线程3在加1操作前已经获取到了最新的值，所以造成线程不安全了。
所以，可见性只能保证你获取的值是主内存的最新值，取值之后的操作是无法保证的。

volatile 的最佳实践

如果将一个变量作为多个线程的信号量，可以使用volatile修饰，因为其一旦修改会立即被其他线程所感知。
如果一个变量的修改基于前一个值，比如累加，那么这个时候可以区分两种情况，如果你可以确保只有一个线程来操作，那么无需额外的同步措施，如果是多个线程来操作，必须对该过程增加除 volatile 之外的同步措施。
对于 long 和 double 的64的操作类型无需添加 volatile 修饰——目前常用的虚拟机都支持对64位数据类型的原子操作。

参考资料

[1]、Java 并发编程实战
[2]、Java 高并发程序设计
[3]、深入理解 Java 虚拟机
[4]、https://www.jianshu.com/p/04b300481ea3
[5]、https://www.cnblogs.com/huzi007/p/6728328.html
[6]、http://blog.sina.com.cn/s/blog_7a35101201015l33.html
[7]、https://www.cnblogs.com/wxw7blog/p/7221756.html
[8]、https://blog.youkuaiyun.com/pwiling/article/details/51446195