Java volatile關鍵字特性講解上篇

更新時間：2022年12月12日 15:52:09 作者：愛吃南瓜糕的北絡

JMM要求保證可見性、原子性、有序性，volatile可以保證其中的兩個，本篇文章具體驗證volatile的可見性，不原子性和禁重排，同時解決volatile的不保證原子性，讓代碼具有原子性

一、概述

volatile是Java中的關鍵字，用來修飾會被不同線程訪問和修改的變量。

volatile是Java虛擬機提供的輕量級的同步機制，它有三個特性：

（1）保證可見性

（2）不保證原子性

（3）禁止指令重排

二、特性詳解

volatile保證可見性

Java內存模型（JMM）定義了一組規(guī)則、規(guī)范，規(guī)定了程序中各個變量的訪問方法。JMM關于同步的規(guī)定：

（1）線程解鎖前，必須把共享變量的值刷新回主內存；

（2）線程加鎖前，必須讀取主內存的最新值同步到自己的工作內存；

（3）加鎖解鎖必須是同一把鎖；

說明：由于JVM運行程序的實體是線程，創(chuàng)建每個線程時，JMM會為其創(chuàng)建一個工作內存（也稱棧空間），工作內存是每個線程的私有數據區(qū)域。

Java內存模型規(guī)定所有變量都存儲在主內存，主內存是共享內存區(qū)域，所有線程都可以訪問。

但是線程對變量的操作（讀取、賦值等）必須在工作內存中進行。因此首先要將變量從主內存拷貝到自己的工作內存，然后對變量進行操作，操作完成后再將變量寫會主內存中。

舉例說明：

（1）火車票賣票系統(tǒng)還剩下一張票，并已經刷入到主內存中：ticketNum = 1；

（2）此時有3個用戶在同時購買票，3個線程都讀入了目前的票數，ticketNum=1,那么線程就會繼續(xù)進入購買流程。

（3）假設其中一個線程先搶占了CPU資源，先買到票，并將自己的工作內存中的ticketNum值改為0，ticketNum=0，然后再寫回到主內存。

這時，由于一個線程的用戶已經買到了票，那么其他用戶的線程應該不能再繼續(xù)進入購買票的流程了，因此需要系統(tǒng)通知到其他線程 ticketNum=0 這個消息。如果可以達到這樣的效果，可以理解為具有可見性。

無可見性代碼演示：

@Test
public void test1() {
    DataDemo dataDemo = new DataDemo();
    RunThread runThread = new RunThread(dataDemo);
    runThread.start();
    while (dataDemo.getNumber() == 0) {
    }
    System.out.println("具有可見性驗證通過");
}
public class DataDemo {
    private int number = 0;
    public void add() {
        this.number = this.number + 10;
    }
    public int getNumber() {
        return number;
    }
}
public class RunThread extends Thread {
    private DataDemo dataDemo;
    public RunThread(DataDemo dataDemo) {
        this.dataDemo = dataDemo;
    }
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("線程[" + Thread.currentThread().getName() + "] 正在執(zhí)行");
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        dataDemo.add();
        System.out.println("線程[" + Thread.currentThread().getName() + "]更新后，number值為：" + dataDemo.getNumber());
    }
}

執(zhí)行結果：
線程[Thread-0] 正在執(zhí)行
線程[Thread-0]更新后，number值為：10

結果分析：

可以看出子線程啟動后將number值改為了10，雖然已經改為了非0，但是主線程仍然一直處于while循環(huán)中，因此此時number不具有可見性，系統(tǒng)不會主動通知主線程number值修改。

原理說明：

這個問題其實就是私有堆棧中的值和公共堆棧中的值不同步造成的。解決這樣的問題就要使用 volatile 關鍵字了，它主要的作用就是當線程訪問number這個變量時，強制性從公共堆棧中進行取值。

可見性代碼演示：

@Test
public void test1() {
    DataDemo dataDemo = new DataDemo();
    RunThread runThread = new RunThread(dataDemo);
    runThread.start();
    while (dataDemo.getNumber() == 0) {
    }
    System.out.println("具有可見性驗證通過");
}
public class DataDemo {
    // 給變量 number 添加 volatile 關鍵字修飾
    volatile private int number = 0;
    public void add() {
        this.number = this.number + 10;
    }
    public int getNumber() {
        return number;
    }
}
public class RunThread extends Thread {
    private DataDemo dataDemo;
    public RunThread(DataDemo dataDemo) {
        this.dataDemo = dataDemo;
    }
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("線程[" + Thread.currentThread().getName() + "] 正在執(zhí)行");
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        dataDemo.add();
        System.out.println("線程[" + Thread.currentThread().getName() + "]更新后，number值為：" + dataDemo.getNumber());
    }
}