volatile 關(guān)鍵字分析

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一、volatile變量語義一的概念

　　當一個變量被定義成volatile之后，具備兩個特性：

　　特性一：保證此變量對所有線程的可見性。這里的“可見性”是指當一條線程修改了這個變量的值，新值對于其他線程來說是可以立即得知的。而普通變量并不能做到這一點，普通變量的值在線程傳遞時均需要通過主內(nèi)存來完成。比如：線程A修改了一個普通變量的值，然后向主內(nèi)存進行回寫，另一條線程B在線程A回寫完成了之后再對主內(nèi)存進行讀取操作，新變量值才會對線程B可見。

二、volatile能夠保證線程安全嗎

　　基于volatile變量在各個線程中是不存在一致性問題的，從物理存儲的角度看，各個線程的工作內(nèi)存中volatile變量也可以存在不一致的情況，但是由于每次使用前都要進行刷新，執(zhí)行引擎看不到不一致的情況，因此也可以人為不存在一致性問題，但是java里面的運算操作符并非是原子操作，這導致了volatile變量的運算在并發(fā)下一樣是不安全的。

案例代碼：

/**
?*?測試Volatile的特性
?*/
public?class?VolatileTest?{
    public?static?volatile??int?race?=?0;

    public?static?void?increase(){
????   race++;
    }
    //定義線程的數(shù)量
    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[i]?=?new?Thread(new?Runnable()?{
????????????   @Override
???????????   ?public?void?run()?{
???????????????   for(int?j?=?0;j<1000;j++){
???????????????????    increase();
???????????????    }
????????????    }
????????     });
????????     threads[i].start();
????????     System.out.println("線程"+i+"開始執(zhí)行");
????     }

????     while?(Thread.activeCount()>2){
????????     System.out.println("Thread.activeCount()?=?"+Thread.activeCount());
????????     Thread.yield();//有其他線程等待時，將該線程設(shè)置為就緒狀態(tài)。
???     ?}
????     System.out.println("race:"+race);
    }
}

　　這段代碼發(fā)起了20個線程，每個線程都對race變量的做了10000次的自增操作，如果是正常的并發(fā)的話，那么race的結(jié)果用該是200000，可是執(zhí)行幾次，發(fā)現(xiàn)結(jié)果并不是200000，而都是一個小于200000的值。這是為什么呢？因為++操作本身就不是原子的，要經(jīng)過讀取計算和寫回，那么，我們通過一張圖模仿一下以上代碼：

　　由于變量被volatile修飾，因此這張圖中的3,4操作是連續(xù)不間斷的，5,6,7的操作也是連續(xù)不間斷的，但是經(jīng)過兩個線程的讀取修改寫回操作后，i的值僅僅從1變?yōu)榱?，并不是我們想象的3，

可能在這里理解上述的圖和描述有點抽象，因為有的朋友可能并不能理解數(shù)據(jù)在主存和緩存中的讀取更改的傳遞規(guī)則，在這里，補充一下變量在內(nèi)存之間的相互操作知識點，大家可以先看以下這塊內(nèi)容，再回過頭進行理解上述圖中的操作。

三：內(nèi)存間的相互操作

·lock（鎖定）：作用于主內(nèi)存的變量，它把一個變量標識為一條線程獨占的狀態(tài)。

·unlock（解鎖）：作用于主內(nèi)存的變量，它把一個處于鎖定狀態(tài)的變量釋放出來，釋放后的變量才可以被其他線程鎖定。

·read（讀?。鹤饔糜谥鲀?nèi)存的變量，它把一個變量的值從主內(nèi)存?zhèn)鬏數(shù)骄€程的工作內(nèi)存中，以便隨后的load動作使用。

·load（載入）：作用于工作內(nèi)存的變量，它把read操作從主內(nèi)存中得到的變量值放入工作內(nèi)存的變量副本中。

·use（使用）：作用于工作內(nèi)存的變量，它把工作內(nèi)存中一個變量的值傳遞給執(zhí)行引擎，每當虛擬機遇到一個需要使用變量的值的字節(jié)碼指令時將會執(zhí)行這個操作。

·assign（賦值）：作用于工作內(nèi)存的變量，它把一個從執(zhí)行引擎接收的值賦給工作內(nèi)存的變量，每當虛擬機遇到一個給變量賦值的字節(jié)碼指令時執(zhí)行這個操作。

·store（存儲）：作用于工作內(nèi)存的變量，它把工作內(nèi)存中一個變量的值傳送到主內(nèi)存中，以便隨后的write操作使用。

·write（寫入）：作用于主內(nèi)存的變量，它把store操作從工作內(nèi)存中得到的變量的值放入主內(nèi)存的變量中。

? 　　由volatile修飾的變量的特性保證此線程的可見性可知，當我們使用volatile修飾了一個變量后，一個線程對此變量的修改對于其他線程來講是立即可知的，也就是說.assign,.store,.write這三個操作是原子的，中間不會間斷，會馬上的同步主存，就像直接操作主存一樣，并通過緩存一致性通知其他的緩存中的副本過期。普通變量可能會在.assign,.store,.write這三個操作中插入其他的操作，導致更改后的數(shù)據(jù)不能立即同步回主存，這種情況在volatile修飾變量時是不存在的。

四：使用volatile控制并發(fā)的場景

由于volatile變量只能保證可見性，在不符合以下兩條規(guī)則的運算場景中，我們?nèi)匀灰ㄟ^加鎖（使用synchronized、java.util.concurrent中的鎖或原子類）來保證原子性：

1、運算結(jié)果并不依賴變量的當前值，或者能夠確保只有單一的線程修改變量的值。

2、變量不需要與其他的狀態(tài)變量共同參與不變約束。

舉個例子：

class?VolatileOne{
    volatile?boolean?isShutDown;

    public?void?shutDown(){
????    isShutDown?=?true;
    }


    public?void?dowork(){
????    while?(!isShutDown){
????????     //業(yè)務(wù)代碼
????     }
    }
}

這類場景就比較適合使用volatile控制并發(fā)，當 shutDown()方法被調(diào)用時，能保證所有

線程中執(zhí)行的dowork()方法都立即停下來。

使用volatile變量的第二個特性是禁止指令重排優(yōu)化。

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