java中volatile關鍵字的作用與實例代碼

更新時間：2021年04月08日 10:54:31 作者：在路上的菜鳥

這篇文章主要給大家介紹了關于java中volatile關鍵字的相關資料，文中通過示例代碼介紹的非常詳細，對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值，需要的朋友們下面隨著小編來一起學習學習吧

一,什么是volatile關鍵字,作用是什么

volatile是java虛擬機提供的輕量級同步機制

作用是: 1.保證可見性 2.禁止指令重排 3.不保證原子性

本篇具體就講解什么叫保證了可見性, 什么叫禁止指令重排,什么是原子性

而在這之前需要對JMM 有所了解

二,什么是JMM

JMM(java 內存模型 Java Memory Model 簡稱JMM) 本身是一個抽象的概念,并不在內存中真實存在的,它描述的是一組規(guī)范或者規(guī)則,通過這組規(guī)范定義了程序中各個變量(實例字段,靜態(tài)字段和構成數組對象的元素)的訪問方式.

JMM的同步規(guī)定:

1.線程解鎖之前,必須把共享變量刷新回主存

2.線程加鎖鎖之前,必須讀取主存的最新值到自己的工作空間

3.加鎖解鎖必須是同一把鎖

由于 JMM運行程序的實體是線程.而每個線程創(chuàng)建時JMM都會為其創(chuàng)建一個自己的工作內存(棧空間),工作內存是每個線程的私有數據區(qū)域.而java內存模型中規(guī)定所有的變量都存儲在主內存中,主內存是共享內存區(qū)域,所有線程都可以訪問,但線程的變量的操作(讀取賦值等)必須在自己的工作內存中去進行,首先要將變量從主存拷貝到自己的工作內存中,然后對變量進行操作,操作完成后再將變量操作完后的新值寫回主內存,不能直接操作主內存的變量,各個線程的工作內存中存儲著主內存的變量拷貝的副本,因IC不同的線程間無法訪問對方的工作內存,線程間的通信必須在主內存來完成, 其簡要訪問過程如下圖:

三,可見性

可見性:指當多個線程訪問同一個變量時，一個線程修改了這個變量的值，其他線程能夠立即看得到修改的值。

通過前面的 JMM介紹,我們知道各個線程對主內存的變量的操作都是各個線程各自拷貝到自己的工作內存中進行操作,然后在寫回主內存中

這就可能存在一個線程a修改了共享變量X的值但還未寫回主內存,又有一個線程b對共享變量X進行操作,但此時線程a的工作內存的共享變量X對線程吧來說是不可見的,這種工作內存與主內存同步延遲的問題就造成了可見性問題

四,不保證原子性

原子性:某個線程在執(zhí)行某項業(yè)務時，中間不可被加塞或分割，需要整體完整。要么同時成功，要么同時失敗

    class MyData{
    volatile int number = 0;
    Object object = new Object();

    public void addTo60(){
        this.number = 60;
    }
    
    public void addPlusPlus(){
        this.number++;
    }
    
    AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();
    
    public void addAtomic(){
        atomicInteger.getAndIncrement();
    }
}

/**
 * 驗證volatile的可見性

 * 1.當number未被volatile修飾時，new Thread將number值改為60，但main線程并不知道，會一直在循環(huán)中出不來

 * 2.當number使用volatile修飾，new Thread改變number值后，會通知main線程主內存的值已被修改，結束任務。體現了可見性
 *

 * 驗證volatile不保證原子性

 * 1.原子性是指，某個線程在執(zhí)行某項業(yè)務時，中間不可被加塞或分割，需要整體完整。要么同時成功，要么同時失敗
 *

 * 如何解決呢？

 * 1.使用synchronize

 * 2.使用AtomicInteger
 *
 */
public class VolatileDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //seeByVolatile();
        atomic();
    }
    //驗證原子性
    public static void atomic() {
        MyData myData = new MyData();
        for (int i = 1; i <= 20; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    for (int j = 1; j <= 1000; j++) {
                        /*synchronized (myData.object){
                            myData.addPlusPlus();
                        }*/
                        myData.addPlusPlus();
                        myData.addAtomic();
                    }
                }
            }).start();
        }

        //等待上面20個線程全部計算結束
        while (Thread.activeCount() > 2){
            Thread.yield();
        }
        
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "int finally number is " + myData.number);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "AtomicInteger finally number is " + myData.atomicInteger);
    }

    //驗證可見性的方法
    public static void seeByVolatile() {
        MyData myData = new MyData();
        //第一個線程
        new Thread(){
            public void run(){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " come in");
                try {
                    sleep(3000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                myData.addTo60();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " update number to " + myData.number);
            }
        }.start();

        //第二個線程 main
        while (myData.number == 0){
        
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "mission is over");
    }
}

number++在多線程下是非線程安全,不是原子性操作？

五,禁止指令重排

計算機在執(zhí)行程序時,為了提高性能,編譯器和處理器常常會對指令做重排,一般分為一下三種:

單線程的環(huán)境里指令重排確保最終執(zhí)行的結果和代碼順序執(zhí)行的結果一致

處理器在進行指令重排是必須要考慮指令之間的數據依賴性

多線程的環(huán)境交替執(zhí)行,由于編譯器優(yōu)化重排的存在,倆個線程使用變量能否保證一致性是無法確定的,無法預料的

實例一:

實例二:

線程操作資源類，線程1訪問method1，線程2訪問method2，正常情況順序執(zhí)行，a=6
多線程下假設出現了指令重排，語句2在語句1之前，當執(zhí)行完flag=true后，另一個線程馬上執(zhí)行method2，a=5

所以volatile 禁止指令重排,從而避免多線程的環(huán)境下出現執(zhí)行亂序的情況

六:使用volatile 的經典案例

單例DCL的代碼

 單例DCL的代碼

public class SingletonDemo {
    private static SingletonDemo instance = null;

    private SingletonDemo(){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "構造方法");
    }
    
    //DCL雙端加鎖機制
    public static SingletonDemo getInstance(){
        if (instance == null){
            synchronized (SingletonDemo.class){
                if (instance == null){
                    instance = new SingletonDemo();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

這種寫法在多線程條件下可能正確率為99.999999%，但可能由于指令重排出錯

原因在于某一個線程執(zhí)行到第一次檢測,讀取到instance不為null,instance引用對象可能還沒有完成初始化.

instance = new SingletonDemo();; 分為一下三步

memory = allocate() //分配內存
ctorInstanc(memory) //初始化對象
instance = memory //設置instance指向剛分配的地址

2 ,3 步不存在數據依賴, 可以指令重排的執(zhí)行順序為 1 ,3 ,2,設置instance指向剛分配的地址,次數instance還沒有初始化完

但此時instance不為null了,若正好此時有一個線程來訪問,就出現了線程安全問題

所以需要添加volatile 關鍵字

public class SingletonDemo {
    private static volatile SingletonDemo instance = null;

    private SingletonDemo(){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "構造方法");
    }
    //DCL雙端加鎖機制
    public static SingletonDemo getInstance(){
        if (instance == null){
            synchronized (SingletonDemo.class){
                if (instance == null){
                    instance = new SingletonDemo();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}