Java volatile關(guān)鍵字特性講解上篇

更新時(shí)間：2022年12月12日 15:52:09 作者：愛吃南瓜糕的北絡(luò)

JMM要求保證可見性、原子性、有序性，volatile可以保證其中的兩個(gè)，本篇文章具體驗(yàn)證volatile的可見性，不原子性和禁重排，同時(shí)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(guān)鍵字，用來(lái)修飾會(huì)被不同線程訪問和修改的變量。

volatile是Java虛擬機(jī)提供的輕量級(jí)的同步機(jī)制，它有三個(gè)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(nèi)存模型（JMM）定義了一組規(guī)則、規(guī)范，規(guī)定了程序中各個(gè)變量的訪問方法。JMM關(guān)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(nèi)存；

（2）線程加鎖前，必須讀取主內(nèi)存的最新值同步到自己的工作內(nèi)存；

（3）加鎖解鎖必須是同一把鎖；

說(shuō)明：由于JVM運(yùn)行程序的實(shí)體是線程，創(chuàng)建每個(gè)線程時(shí)，JMM會(huì)為其創(chuàng)建一個(gè)工作內(nèi)存（也稱?？臻g），工作內(nèi)存是每個(gè)線程的私有數(shù)據(jù)區(qū)域。

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

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

舉例說(shuō)明：

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

（2）此時(shí)有3個(gè)用戶在同時(shí)購(gòu)買票，3個(gè)線程都讀入了目前的票數(shù)，ticketNum=1,那么線程就會(huì)繼續(xù)進(jìn)入購(gòu)買流程。

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

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

無(wú)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(yàn)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(jié)果：
線程[Thread-0] 正在執(zhí)行
線程[Thread-0]更新后，number值為：10

結(jié)果分析：

可以看出子線程啟動(dòng)后將number值改為了10，雖然已經(jīng)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(shí)number不具有可見性，系統(tǒng)不會(huì)主動(dòng)通知主線程number值修改。

原理說(shuō)明：

這個(gè)問題其實(shí)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(guān)鍵字了，它主要的作用就是當(dāng)線程訪問number這個(gè)變量時(shí)，強(qiáng)制性從公共堆棧中進(jìn)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(yàn)證通過");
}
public class DataDemo {
    // 給變量 number 添加 volatile 關(guān)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());
    }
}