【Java多线程编程】解决线程的不安全问题之volatile关键字_如何解决volatile线程不安全问题-优快云博客

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1. 造成线程不安全的代码

有一代码，要求两个线程运行。并自定义一个标志位 flag，当线程2（thread2）修改标志位后，线程1（thread1）结束执行。如下代码所示:

public class TestDemo3 {
    public static int flag = 0;//自定义一个标志位
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread1 = new Thread(()-> {
            while (flag == 0) {
                //空
            }
            System.out.println("thread1线程结束");
        });//线程1
        
        Thread thread2 = new Thread(()-> {
            Scanner scanner = new Scanner(System.in);
            System.out.println("请输入一个整数:");
            flag = scanner.nextInt();
        });//线程2
        
        thread1.start();//启动线程1
        thread2.start();//启动线程2
    }
}

运行后打印:

预期效果为：thread1 中的 flag==0 作为条件进入 while 循序，thread2 中通过 scanner 输入一个非 0 的值，从而使得 thread1 线程结束。

实际效果：thread2 中输入非 0 数后，光标处于闪烁状态代表循环未结束。

造成程序没有达到如期效果的原因是内存的不可见性导致 while 条件判断始终发生错误。因此，我们得使用 volatile 关键字来保证内存的可见性，使得 while 条件判断能够正常识别修改后的标志位 flag。

2. volatile能保证内存可见性

可见性指一个线程对共享变量值的修改，能够及时地被其他线程看到。而 volatile 关键字就保证内存的可见性。在上述代码中标志位 flag 未使用 volatile 修饰导致 while 循环不能正确判断，其原因如下：

flag == 0这个判断，会实现两条操作：第一条，load 从内存读取数据到 cpu的寄存器。第二条，cmp 比较寄存器中的值是否为0，是则返回 true 否则返回 false。

但是，编译器有一个特性：优化。优化什么呢？由于进行大量数据操作时 load 的开销很大，编译器就做出了一个优化，就是无论数据大或小 load 操作只会执行一次。

因此，flag == 0 这个条件第一作为 load 加载到了寄存器中，后序无论对 flag 进行怎样的修改 cmp 比较的时候始终为 true 了。

这就是多线程运行时，编译器对于代码进行优化操作的内存不可见性。也就是内存看不到实际的情况。因此，我们只需要在 flag 前面加上 volatile 关键字使得编译器不对 flag 进行优化，这样就能达到效果。如下代码所示:

public class TestDemo3 {
    volatile public static int flag = 0;//volatile修饰自定义标志位
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread1 = new Thread(()-> {
            while (flag == 0) {
                //空
            }
            System.out.println("thread1线程结束");
        });//线程1

        Thread thread2 = new Thread(()-> {
            Scanner scanner = new Scanner(System.in);
            System.out.println("请输入一个整数:");
            flag = scanner.nextInt();
        });//线程2

        thread1.start();//启动线程1
        thread2.start();//启动线程2
    }
}

运行后打印：

通过上述代码及打印结果，可以看到达到了预期效果。因此，被 volatile 修饰的变量能够保证每次从内存中重新读取数据。

解释内存可见性：

thread1频繁读取主内存，效率比较第，就被优化成直接读直接的工作内存

thread2修改了主内存的结果，由于thread1没有读主内存，导致修改不能被识别

上述的工作内存理解为CPU寄存器，主内存理解为内存。

3. synchronized与volatile的区别

3.1 synchronized能保证原子性

何为原子性在这篇文章有详细介绍:synchronized关键字

以下代码的需求为：两个线程分别计算10000 次，使得 count 总数达到 20000：

//创建一个自定义类
class myThread {
    int count = 0;
    public void run() {
        synchronized (this){
            count++;
        }
    }
    public int getCount() {
        return count;
    }
}
public class TreadDemo1 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        myThread myThread = new myThread();//实例化这个类
 
        Thread thread1 = new Thread(()-> {
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                myThread.run();
            }
        });
        Thread thread2 = new Thread(()-> {
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                myThread.run();
            }
        });
        thread1.start();//启动线程thread1
        thread2.start();//启动线程thread2
        thread1.join();//等待线程thread1结束
        thread2.join();//等待线程thread2结束
        System.out.println(myThread.getCount());//获取count值
    }
}

运行后打印:

3.2 volatile不能保证原子性

当我们把上述代码中的 run 方法去掉 synchronized 的关键字，再给 count 变量加上 volatile 关键字。

//创建一个自定义类
class myThread {
    volatile int count = 0;
    public void run() {
       count++;
    }
    public int getCount() {
        return count;
    }
}

运行后打印: