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深入解析Java中volatile關(guān)鍵字的作用

更新時(shí)間：2013年09月06日 17:35:14 作者：

Java語(yǔ)言是支持多線程的，為了解決線程并發(fā)的問(wèn)題，在語(yǔ)言內(nèi)部引入了同步塊和 volatile 關(guān)鍵字機(jī)制

在java線程并發(fā)處理中，有一個(gè)關(guān)鍵字volatile的使用目前存在很大的混淆，以為使用這個(gè)關(guān)鍵字，在進(jìn)行多線程并發(fā)處理的時(shí)候就可以萬(wàn)事大吉。

Java語(yǔ)言是支持多線程的，為了解決線程并發(fā)的問(wèn)題，在語(yǔ)言內(nèi)部引入了同步塊和 volatile 關(guān)鍵字機(jī)制。

synchronized
同步塊大家都比較熟悉，通過(guò) synchronized 關(guān)鍵字來(lái)實(shí)現(xiàn)，所有加上synchronized 和塊語(yǔ)句，在多線程訪問(wèn)的時(shí)候，同一時(shí)刻只能有一個(gè)線程能夠用synchronized 修飾的方法或者代碼塊。

volatile
用volatile修飾的變量，線程在每次使用變量的時(shí)候，都會(huì)讀取變量修改后的最的值。volatile很容易被誤用，用來(lái)進(jìn)行原子性操作。

下面看一個(gè)例子，我們實(shí)現(xiàn)一個(gè)計(jì)數(shù)器，每次線程啟動(dòng)的時(shí)候，會(huì)調(diào)用計(jì)數(shù)器inc方法，對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行加一

執(zhí)行環(huán)境——jdk版本：jdk1.6.0_31 ，內(nèi)存：3G cpu：x86 2.4G

復(fù)制代碼代碼如下:

public class Counter { 

    public static int count = 0; 

    public static void inc() { 

        //這里延遲1毫秒，使得結(jié)果明顯 
        try { 
            Thread.sleep(1); 
        } catch (InterruptedException e) { 
        } 

        count++; 
    } 

    public static void main(String[] args) { 

        //同時(shí)啟動(dòng)1000個(gè)線程，去進(jìn)行i++計(jì)算，看看實(shí)際結(jié)果 

        for (int i = 0; i < 1000; i++) { 
            new Thread(new Runnable() { 
                @Override
                public void run() { 
                    Counter.inc(); 
                } 
            }).start(); 
        } 

        //這里每次運(yùn)行的值都有可能不同,可能為1000 
        System.out.println("運(yùn)行結(jié)果:Counter.count=" + Counter.count); 
    } 
}

運(yùn)行結(jié)果:Counter.count=995
實(shí)際運(yùn)算結(jié)果每次可能都不一樣，本機(jī)的結(jié)果為：運(yùn)行結(jié)果:Counter.count=995，可以看出，在多線程的環(huán)境下，Counter.count并沒(méi)有期望結(jié)果是1000

很多人以為，這個(gè)是多線程并發(fā)問(wèn)題，只需要在變量count之前加上volatile就可以避免這個(gè)問(wèn)題，那我們?cè)谛薷拇a看看，看看結(jié)果是不是符合我們的期望

復(fù)制代碼代碼如下:

public class Counter { 

    public volatile static int count = 0; 

    public static void inc() { 

        //這里延遲1毫秒，使得結(jié)果明顯 
        try { 
            Thread.sleep(1); 
        } catch (InterruptedException e) { 
        } 

        count++; 
    } 

    public static void main(String[] args) { 

        //同時(shí)啟動(dòng)1000個(gè)線程，去進(jìn)行i++計(jì)算，看看實(shí)際結(jié)果 

        for (int i = 0; i < 1000; i++) { 
            new Thread(new Runnable() { 
                @Override
                public void run() { 
                    Counter.inc(); 
                } 
            }).start(); 
        } 

        //這里每次運(yùn)行的值都有可能不同,可能為1000 
        System.out.println("運(yùn)行結(jié)果:Counter.count=" + Counter.count); 
    } 
}

運(yùn)行結(jié)果:Counter.count=992

運(yùn)行結(jié)果還是沒(méi)有我們期望的1000，下面我們分析一下原因

在 java 垃圾回收整理一文中，描述了jvm運(yùn)行時(shí)刻內(nèi)存的分配。其中有一個(gè)內(nèi)存區(qū)域是jvm虛擬機(jī)棧，每一個(gè)線程運(yùn)行時(shí)都有一個(gè)線程棧，線程棧保存了線程運(yùn)行時(shí)候變量值信息。當(dāng)線程訪問(wèn)某一個(gè)對(duì)象時(shí)候值的時(shí)候，首先通過(guò)對(duì)象的引用找到對(duì)應(yīng)在堆內(nèi)存的變量的值，然后把堆內(nèi)存變量的具體值load到線程本地內(nèi)存中，建立一個(gè)變量副本，之后線程就不再和對(duì)象在堆內(nèi)存變量值有任何關(guān)系，而是直接修改副本變量的值，在修改完之后的某一個(gè)時(shí)刻（線程退出之前），自動(dòng)把線程變量副本的值回寫到對(duì)象在堆中變量。這樣在堆中的對(duì)象的值就產(chǎn)生變化了。下面一幅圖

描述這寫交互

java volatile1

read and load 從主存復(fù)制變量到當(dāng)前工作內(nèi)存
use and assign 執(zhí)行代碼，改變共享變量值
store and write 用工作內(nèi)存數(shù)據(jù)刷新主存相關(guān)內(nèi)容

其中use and assign 可以多次出現(xiàn)

但是這一些操作并不是原子性，也就是在read load之后，如果主內(nèi)存count變量發(fā)生修改之后，線程工作內(nèi)存中的值由于已經(jīng)加載，不會(huì)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的變化，所以計(jì)算出來(lái)的結(jié)果會(huì)和預(yù)期不一樣

對(duì)于volatile修飾的變量，jvm虛擬機(jī)只是保證從主內(nèi)存加載到線程工作內(nèi)存的值是最新的

例如假如線程1，線程2 在進(jìn)行read,load 操作中，發(fā)現(xiàn)主內(nèi)存中count的值都是5，那么都會(huì)加載這個(gè)最新的值

在線程1堆count進(jìn)行修改之后，會(huì)write到主內(nèi)存中，主內(nèi)存中的count變量就會(huì)變?yōu)?

線程2由于已經(jīng)進(jìn)行read,load操作，在進(jìn)行運(yùn)算之后，也會(huì)更新主內(nèi)存count的變量值為6

導(dǎo)致兩個(gè)線程及時(shí)用volatile關(guān)鍵字修改之后，還是會(huì)存在并發(fā)的情況。

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