对于Java volatile关键字理解

本文深入解析Java中Volatile关键字的特性和使用限制,探讨其在并发环境下的可见性和禁止指令重排作用,同时通过实例代码展示Volatile变量运算的非原子性问题。

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volatile关键字是最轻量的同步机制了。

volatile关键字修饰的变量有两个特性:

  1.  可见性:当一个线程修改了变量的的值,其他线程是可知的
  2. 禁止指令重排

Java里面的运算操作并不是原子操作,导致volatile变量的运算在并发下照样是不安全的。

只有符合下面两条规则的才是安全的:

  1. 运算的结果并不依赖于变量的当前值,或者保证只有单一线程修改变量的值
  2. 变量不需要与其他状态变量共同参与不变约束

下面是一个volatile的测试代码

package javathreadlearn;


public class VolatileTest {
	
	public static volatile int race = 0;
	public static void increase() {
		race++;
	}
	/**
	 *  public static void increase();
		descriptor: ()V
		flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
		Code:
  			stack=2, locals=0, args_size=0
     		0: getstatic     #13                 // Field race:I
     		3: iconst_1
     		4: iadd
     		5: putstatic     #13                 // Field race:I
     		8: return
  		LineNumberTable:
    		line 9: 0
    		line 10: 8
	 */
	/*运算不是原子操作,所以如果最终的结果依赖其余当前变量的值,就不可能得到正确的结果
	    当getstatic指令把race的值取到栈顶时,volatile关键字保证了race此时的值时正确的,但是在执行iconst_1,iadd这些指令时,其他线程
	    可能已经把race的值增大了,而在操作树栈顶的值就变成了过期的数据,所以putstatic指令执行后就有可能把较小的race值同步回主内存上
	*/
	
	
	
	private static final int THREADS_COUNT = 20;
	public static void main(String[] args) {
		Thread[] threads = new Thread[THREADS_COUNT];
		for (int i = 0; i < THREADS_COUNT; i++) {
			threads[i] = new Thread(new Runnable() {
				
				@Override
				public void run() {
					for(int i =0;i<10000;i++) {
						increase();
					}
					
				}
			});
			threads[i].start();
		}
		while (Thread.activeCount()>1) {
			Thread.yield();
		}
		System.out.println(race);
	}
}

这段代码发起20个线程,每个线程对race变量进行10000次自增操作。如果代码能正确并发的话,最后输出应是200000。但运行后并不会收获预期结果。用javap反编译:

  public static void increase();
        descriptor: ()V
        flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
        Code:
              stack=2, locals=0, args_size=0
             0: getstatic     #13                 // Field race:I
             3: iconst_1
             4: iadd
             5: putstatic     #13                 // Field race:I
             8: return
          LineNumberTable:
            line 9: 0
            line 10: 8
    /*运算不是原子操作,所以如果最终的结果依赖其余当前变量的值,就不可能得到正确的结果
        当getstatic指令把race的值取到栈顶时,volatile关键字保证了race此时的值时正确的,但是在执行iconst_1,iadd这些指令时,其他线程
        可能已经把race的值增大了,而在操作树栈顶的值就变成了过期的数据,所以putstatic指令执行后就有可能把较小的race值同步回主内存上

    */

参考《深入理解Java虚拟机 第二版》

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