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Java多线程并发编程 Volatile关键字

volatile 关键字是一个神秘的关键字,也许在 J2EE 上的 JAVA 程序员会了解多一点,但在 Android 上的 JAVA 程序员大多不了...

volatile 关键字是一个神秘的关键字,也许在 J2EE 上的 JAVA 程序员会了解多一点,但在 Android 上的 JAVA 程序员大多不了解这个关键字。只要稍了解不当就好容易导致一些并发上的错误发生,例如好多人把 volatile 理解成变量的锁。(并不是)

volatile 的特性:

具备可见性

保证不同线程对被 volatile 修饰的变量的可见性。

有一被 volatile 修饰的变量 i,在一个线程中修改了此变量 i,对于其他线程来说 i 的修改是立即可见的。

如:

volatile int i = 0;// 语句 1
i++; // 语句 2

语句 2 执行完后,i 最新的值会立即被强制更新到主内存(共享内存),并通知其他缓存了 i 的线程,令其他线程的工作内存里的 i 失效,从而需重新到主内存读取最新的值。

具备有序性

被 volatile 修饰的变量,不会被优化排序。

解决的问题详见:Java 多线程并发编程 并发三大要素 的

三、有序性。

当编译器在给程序优化排序时,若遇到 volatile 变量的读操作或者写操作,则会保证在其前面的操作全部进行完成,且结果对后面的操作可见;并且保证在其后面的操作没有进行。

不具备原子性

volatile 不具备原子性,所以它是线程不安全的。

实验:

// 一个单例的实现
public class SingletonTest {

  private static volatile SingletonTest mInstance = null;

  private SingletonTest() {}

  public static SingletonTest getInstance() {

    if (mInstance == null) {
      mInstance = new SingletonTest();
      System.out.println(" 初始化完成 ");
    }

    return mInstance;
  }
}


// 测试代码
public class Test {

  public static void main(String[] var0) {
    for(int i = 0; i < 20; i++){
      ThreadTest test = new ThreadTest();
      test.start();
    }
  }

  static class ThreadTest extends Thread{

    @Override
    public void run() {
      super.run();

      SingletonTest.getInstance();
    }
  }

}

结果:
每次运行都输出多个 “初始化完成”。

volatile 的解释

下面这段话摘自《深入理解 Java 虚拟机》:

“观察加入 volatile 关键字和没有加入 volatile 关键字时所生成的汇编代码发现,加入 volatile 关键字时,会多出一个 lock 前缀指令”

被 volatile 修饰的变量进行读和写操作的时候,在相应的汇编程序中都会多一句内存屏障(Memory Barrier)。

而这个 lock 就是内存屏障。

内存屏障的作用:

1、在重新优化排序时保证其后面的指令不会被排到内存屏障的前面,前面的指令也不会排到内存屏障的后面。- 有序性

2、强制对写操作后的结果(立即)刷新到主内存。

3、刷新结果到主内存时,通知并令其他线程缓存内的值过期 / 失效。

2 和 3 合起来则是可见性。

说到这里,也许会有好多人困惑,既然可见性可以保证,既然可以做到修改某个变量的值后,会刷新到主内存,并令其他线程缓存失效,为什么不能保证原子性呢?这也是我之前走进的一个困区。

继续用 i++ 来分析一下,这里面包含的指令:

从主内存读取到缓存 // 指令 1
进行运算 // 指令 2
从缓存刷新到主内存 // 指令 3
内存屏障 // 指令 4

虽然指令 4(内存屏障)功能强大,但可惜 // 指令 1、2、3 都不是具备原子性,所以导致 volatile 不具备原子性,线程不安全,不能替代锁的作用。

使用场景

如一些简单的状态标记:

volatile boolean inited = false;

// 线程 1
init(); // 语句 1
inited = true; // 语句 2

// 线程 2
while(inited){
	work(); // 语句 3
}

1、可确保语句 1 和语句 2 的执行顺序。
2、可确保执行语句 2 后,线程 2 可立即获取到最新的修改,从而执行语句 3。