Volatile关键字详解-优快云博客

Volatile关键字解读及案例

在上篇文中指出Volatile的轻量、读取拿到的是最新写入值、严格的使用条件、只能保证可见性。本篇中主要加深对其理解和使用demo。

1、Java中的内存模型

在理解之前，要能先了解Java的内存模型。明确在内存模型中有严格的区分:主内存和线程内存。主内存是线程间共享的，比如堆内存。线程内存是指每个线程都会有工作内存，工作内存是不能共享，即其他线程不可以访问的，且对于数据操作只能在工作内存中完成。工作内存中的数据是从主内存中拷贝而来的，线程间数据交换必须通过主内存来完成。内存模型如下图所示：

在上述的内存模型中，会出现脏数据的问题。

线程对主内存数据的修改过程，总结：线程内存对主内存的数据更新不是原子操作。（这一点必须明确，因为这是为什么Volatile不能保证原子性的原因）。可分为以下步骤：

1、从主内存中拷贝到线程的工作内存——读取

2、线程读取后的状态具有不确定性，可能处于阻塞状态或立刻对工作内存中进行修改并写入主内存

2、可见性、原子性、有序性

先来了解Java并发编程中的三个基本的概念：可见性、原子性、有序性

可见性：这里是指，线程工作内存对主内存中的数据进行修改，并将修改的写入到主内存中，其他线程能否及时看到主内存中数据已经有变化。

原子性：对于单个或多个操作，要么都成功，要么都失败。

有序性：在JVM中在满足数据依赖的基础上，编译器、处理器允许指令重排序，即不按照代码由上到下顺序执行。

在Java中的有序性8个原则是：

①程序次序规则：一个线程内，按照代码顺序，书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作

②锁定规则：一个unLock操作先行发生于后面对同一个锁的lock操作

③volatile变量规则：对一个变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作

④传递规则：如果操作A先行发生于操作B，而操作B又先行发生于操作C，则可以得出操作A先行发生于操作C

⑤线程启动规则：Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每个一个动作

⑥线程中断规则：对线程interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生

⑦线程终结规则：线程中所有的操作都先行发生于线程的终止检测，我们可以通过Thread.join()方法结束、Thread.isAlive()的返回值手段检测到线程已经终止执行

⑧对象终结规则：一个对象的初始化完成先行发生于他的finalize()方法的开始

这8条规则中，前4条规则是比较重要的，后4条规则都是显而易见的。

3、volatile关键字

当一个共享变量被声明为Volatile变量后，应当明确改变具备的特性是：

1、一旦有一个线程对共享变量的值修改了并完成对主内存的写入，那么其他缓存该变量的线程都会被迫更新为主内存的值。

2、不能保证原子性。（本质原因是线程内存与主内存之间的数据传递不是原子操作，共有8个原子操作）

示例代码：

/**
 * 验证Volatile只能保证可见性，不能确保原子性
 *
 * @author caiqiang
 * @version 2017年4月10日
 * @see VolatileTest
 * @since
 */
public class VolatileTest {
    // Volatile关键字修饰，保证可见性
    public volatile int inc = 0;

    // 自增，对于自增i++不是原子操作
    public synchronized void increase() {
        inc++ ;
    }

    public static void main(String[] args) {
        final VolatileTest test = new VolatileTest();
        // 该线程循环执行10次
        for (int i = 0; i < 10; i++ ) {
            new Thread() {

                // 线程1000次自增
                public void run() {
                    for (int j = 0; j < 1000; j++ )
                        test.increase();
                };
            }.start();
        }

        while (Thread.activeCount() > 1)
            // 保证前面的线程都执行完
            Thread.yield();
        System.out.println(test.inc);
    }
}

从开发者的角度来看，这个结果应该是10000。此实验是验证Volatile是否能保证原子性，如果实验的结果是10000，则Volatile能保证原子性；如果实验结果是小于10000，则Volatile不能保证原子性。实验的结果几乎都是小于10000（在有限的次数内）。

4、volatile的典型应用：

1、状态标记量

volatile boolean flag = false;
 //线程1
while(!flag){
    doSomething();
}
  //线程2
public void setFlag() {
    flag = true;
}

该例如果没有volatile会怎样呢？线程1正在执行循环，线程2修改了共享变量flag，但是没有立即写入主内存中，那么会导致线程1还在执行循环。这也就是说，加上volatile关键字会使线程在工作内存的修改会立即写入主内存中。

2、单例模式

class Singleton{
    private volatile static Singleton instance = null;
 
    private Singleton() {
 
    }
 
    public static Singleton getInstance() {
        if(instance==null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if(instance==null)
                    instance = new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }
}

参考文章：http://mp.weixin.qq.com/s/JY1totcwH0E-nboQ_I01Rw