volatile和atomicInteger的区别理解特性

蓝奕世

已于 2024-04-11 15:21:02 修改

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分类专栏： java 文章标签： java 单例模式开发语言

于 2021-02-22 14:36:24 首次发布

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今天突然有个同事问我这个问题，我当时确实说实话有些苦笑不得，这个东西应该算是基础吧。

我想他不知道，肯定大家有些人也都不知道，所以在这里总结一下。

以下内容纯个人理解，如有偏差评论区见：

atomicInteger可以保证变量的原子性

volatile是在一个变量改变了以后通知其他所有线程，这个变量改变了。（这里只是做个比喻，并不是真正的通知，），主要取决于他的有序性和可见性

什么是有序性？

当我们使用java语法进行编程时，最终虚拟机还要将java语言翻译为CPU认识的指令
为了加快CPU的利用率，会对我们流程控制的指令进行重排序在Java内存模型中，就是编译器为了优化性能，有时候会改变程序中语句的先后顺序，例如程序中：“a=6；b=7；”编译器优化后可能变成“b=7；a=6；”，在这个例子中，编译器调整了语句的顺序，但是不影响程序的最终结果。不过有时候编译器及解释器的优化可能导致意想不到的 Bug。但是指令重排序的规则需要满足先行先发生（happens-before）规则，比如说对一个线程的启动要先行发生于这个线程的其他操作，不能把启动线程的指令重排序到线程执行的任务后面
在 Java 领域一个经典的案例就是利用双重检查创建单例对象，例如下面的代码：在获取实例 getInstance() 的方法中，我们首先判断 instance 是否为空，如果为空，则锁定 Singleton.class 并再次检查 instance 是否为空，如果还为空则创建 Singleton 的一个实例。

public class Singleton {
  static Singleton instance;
  static Singleton getInstance(){
    if (instance == null) { // B在这里判断，拿到了A没有创建完的对象
      synchronized(Singleton.class) {
        if (instance == null)
          instance = new Singleton(); // A在这里创建
        }
    }
    return instance;
  }
}

假设有两个线程 A、B 同时调用 getInstance() 方法，他们会同时发现 instance == null ，于是同时对 Singleton.class 加锁，此时 JVM 保证只有一个线程能够加锁成功（假设是线程 A），另外一个线程则会处于等待状态（假设是线程 B）；线程 A 会创建一个 Singleton 实例，之后释放锁，锁释放后，线程 B 被唤醒，线程 B 再次尝试加锁，此时是可以加锁成功的，加锁成功后，线程 B 检查 instance == null 时会发现，已经创建过 Singleton 实例了，所以线程 B 不会再创建一个 Singleton 实例。// 双重检查锁

这看上去一切都很完美，无懈可击，但实际上这个 getInstance() 方法并不完美。问题出在哪里呢？出在 new 操作上，我们以为的 new 操作应该是：

分配一块内存 M；
在内存 M 上初始化 Singleton 对象；
然后 M 的地址赋值给 instance 变量。
但是实际上优化后的执行路径却是这样的：

分配一块内存 M；
将 M 的地址赋值给 instance 变量；
最后在内存 M 上初始化 Singleton 对象。

    优化后会导致什么问题呢？我们假设线程 A 先执行 getInstance() 方法，当执行完指令 2 时恰好发生了线程切换，切换到了线程 B 上；如果此时线程 B 也执行 getInstance() 方法，那么线程 B 在执行第一个判断时会发现 instance != null ，所以直接返回 instance，而此时的 instance 是没有初始化过的，如果我们这个时候访问 instance 的成员变量就可能触发空指针异常。

在这里插入图片描述

什么又是可见性呢？

在Java内存模型中，每个线程有一份自己的工作内存和主内存，读取数据时需要先从主内存拷贝到工作内存，修改数据时只在自己的工作内存中进行修改，如果多个线程同时操作某个数据，进行修改后未写回主内存，那么其他线程无法感知该数据变动，；例如下面这份代码就会产生问题因为是新开一个线程进行操作，另一个线程虽然设置了100，但是它并不知道，所以一直在那循环执行。

//nonVolatileNumber 是未被volatile修饰的
new Thread(() -> {
    while (nonVolatileNumber == 0) {

    }
}).start();

TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
nonVolatileNumber = 100;