JUC之volatile

最新推荐文章于 2024-07-27 21:10:52 发布

破晓初

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分类专栏： JUC 文章标签： java 线程 volatile 可见性并发编程

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一、简介

volatile是Java语言的关键字，用来修饰可变变量(即该变量不能被final修饰)，且必须是至少类内可见。所以它是可以修饰带static的变量。这我自己下定义。

它是被设计用来修饰被不同线程访问和修改的变量。来自百度百科

二、功能

volatile提供了一个高效的同步机制，她在某些情况下可以代替synchronized实现更轻量和高效的同步机制，同时也更为脆弱，更难于掌控。被volatile修饰的变量具有内存可见性，但不具有原子性。至于什么是可见性，前面已经做过简单介绍，接下来我们进一步来看什么是可见性。

1. 内存可见性

首先为什么会出现内存可见性问题呢？
想完全理解这个问题，请自行阅读《深入理解计算机系统》吧！这里简单说一下，

每个线程都有它自己的线程上下文，包括栈、栈指针、程序计数器、通用目的寄存器和条件码。所有的运行在一个进程里的共享该进程的整个虚拟地址空间。——来自《深入理解计算机系统》

下面这个说法可能并不严谨，甚至是有误，但对我们理解这个问题有帮忙。
如你所知，所有计算都发生CPU，然而它直接操作主存的效果比较远，不如CPU的缓存区，更远不如寄存器。其次，如上面所有的系统会为每个线程分配自己的线程上下文。在这两个大提前下，可能简化的理解为线程有自己的高速cache，即所有线程操作变量时，都不会直接操作主存。当发生cache miss时，从主存拷贝到cache，这些都是你懂的啦。跟所有的cache一样，都存在一致性的问题。

即是正常情况下什么时候发生cache冲刷回主存并不可控。
不正常情况下，退出临界区时即刻强制更新主存。另一种情况，即我们要讨论的volatile。被volatile修饰的变量比较特殊，表示直接操作主存，不需要通过cache。直接要用时直接从主存取（注意取出来还是会把值放在自己的上下文，这点后面需要用到），用完写直接回主存。这就是内存可见性。

2. 可不完全替代synchronized

之前整理synchronized的时候忘了讲synchronized怎么实现同步的，在这里顺便带出来吧。
synchronized是通过临界区实现同步的，临界区的同步方式是同一个时间只有最多一个线程进入临界区，也就是说只能保证原临界区具有原子性。这是什么意思呢，先来看一下面例子吧。


void barfoo() {
    new Thread(() -> {
            for(int v=0; v<100; v++) bar();
        }).start();

        new Thread(() -> {
            for(int v=0; v<100; v++) foo();
        }).start();
    }
}

int v = 0;
void bar() {
    final int t = v + 1;
    v++;
    try {
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(RandomUtils.nextInt(10));
    } catch (InterruptedException e) { }
    if(t != v)System.out.println("not match");
}

synchronized void foo() {
    final int t = v + 1;
    v++;
    try {
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(RandomUtils.nextInt(10));
    } catch (InterruptedException e) { }
    if(t != v)System.out.println("not match");
}

执行barfoo()的结果打印了not match。
synchronized只是通过线程在离开临界区时会把线程上下文冲刷回主存，从而实现一致性，但对于变量v而言不具备原子性，更无法保证能够一致性。

volatile可部分替代synchronized，也就是说在特定条件或者场景下可以替代synchronized。上面我们提到过volatile具有内存可见性，但不具有原子性，而synchronized实际是上能够实现原子性的。这一点是volatile做不到的，也是这种场景下volatile无法代替synchronized。
这一点就不举例了，主要知道什么是原子性和非原子性即可自行实验了。如：a += b就一个非原子性操作。