java中的volatile关键字

Java中的volatile关键字：可见性与非原子性

原创已于 2023-04-03 10:27:35 修改 · 77 阅读

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#java #jvm

于 2023-04-02 00:59:33 首次发布

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volatile是Java提供的轻量级同步机制，确保变量在多线程环境中的可见性，但不保证原子性。文章通过例子解释了volatile如何保证线程间的可见性以及其在防止指令重排序中的作用。同时，通过一个示例展示了volatile在并发更新场景下的不足，即不保证原子性，这可以通过synchronized关键字来解决。

volatile是什么

是java虚拟机提供的轻量级的同步机制

保证可见性
不保证原子性
禁止指令重排

JMM内存模型之可见性

JMM（java内存模型）本身是一种抽象的概念并不真实存在，描述的一组规则或规范，通过这组规范定义了程序中的各个变量的访问方式

JMM关于同步的规定：

线程解锁前，必须把共享变量的值刷新回主内存
线程加锁前，必须读取主内存的最新值到自己的工作内存
加锁解锁是同一把锁

JVM运行程序的实体是线程，而每个线程创建时JVM都会为其创建一个工作内存(有些地方称为栈空间)，工作内存是每个线程的私有数据区域，而java内存模型中规定所有的变量都存储在主内存，主内存是共享内存区域，所有线程都可以访问，但线程对变量的操作必须在工作内存中进行，首先要将变量从主内存中拷贝到自己的工作内存空间，然后对变量进行操作，操作完成后再将变量写回主内存，不能直接操作主内存中的变量，各个线程中的工作内存中存储着主内存中的变量副本拷贝，因此不同的线程间无法访问对方的工作内存，线程间的通信必须通过主内存来完成，如下图：

在这里插入图片描述

可见性的代码验证说明

class MyData {
    // volatile增加各线程之间的可见性
    volatile int number = 0;
    public void addTo60() {
        this.number = 60;
    }
}

/**
 * 1. 验证volatile的可见性
 *  1.1 number变量之前没有添加volatile关键字修饰，没有可见性
 *  1.2 添加volatile关键字
 */
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        MyData myData = new MyData();

        new Thread(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\tcome in");
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            myData.addTo60();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\tupdate number value " + myData.number);
        }, "AAA").start();

        // 第二个线程就是我们的main线程
        while (myData.number == 0) {
            // main线程一直等待直到number值不再等于0
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
                "\tsession is over,main get number value: " + myData.number);
    }
}

未添加volatile，main线程获取到的number一直为0，程序卡在while语句，一直不终止

AAA	come in
AAA	update number value 60

添加volatile后，增加了线程之间的可见性，main线程获取到修改的number为60

AAA	come in
AAA	update number value 60
main	session is over,main get number value: 60

volatile不保证原子性

给number加上volatile关键字

public class Demo {
    private static volatile int number = 0;
    
    private static void increase() {
        number++;
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        MyData myData = new MyData();
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(10);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(() -> {
                for (int j = 0; j < 1000; j++) {
                    increase();
                }
                countDownLatch.countDown();
            },String.valueOf(i)).start();
        }
        countDownLatch.await();
        System.out.println(number);
    }
}
//最终结果不为10000

给increase方法加上synchronized，其他一样

private synchronized static void increase() {
        number++;
}
//最终结果为10000