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Java解決線程的不安全問(wèn)題之volatile關(guān)鍵字詳解

更新時(shí)間：2023年08月26日 09:07:23 作者：一只愛(ài)打拳的程序猿

這篇文章主要介紹了Java解決線程的不安全問(wèn)題之volatile關(guān)鍵字詳解,可見(jiàn)性指一個(gè)線程對(duì)共享變量值的修改,能夠及時(shí)地被其他線程看到,而 volatile 關(guān)鍵字就保證內(nèi)存的可見(jiàn)性,需要的朋友可以參考下

1. 造成線程不安全的代碼

有一代碼，要求兩個(gè)線程運(yùn)行。

并自定義一個(gè)標(biāo)志位 flag，當(dāng)線程2（thread2）修改標(biāo)志位后，線程1（thread1）結(jié)束執(zhí)行。

如下代碼所示:

public class TestDemo3 {
    public static int flag = 0;//自定義一個(gè)標(biāo)志位
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread1 = new Thread(()-> {
            while (flag == 0) {
                //空
            }
            System.out.println("thread1線程結(jié)束");
        });//線程1
        Thread thread2 = new Thread(()-> {
            Scanner scanner = new Scanner(System.in);
            System.out.println("請(qǐng)輸入一個(gè)整數(shù):");
            flag = scanner.nextInt();
        });//線程2
        thread1.start();//啟動(dòng)線程1
        thread2.start();//啟動(dòng)線程2
    }
}

運(yùn)行后打印:

預(yù)期效果為：thread1 中的 flag==0 作為條件進(jìn)入 while 循序，thread2 中通過(guò) scanner 輸入一個(gè)非 0 的值，從而使得 thread1 線程結(jié)束。

實(shí)際效果：thread2 中輸入非 0 數(shù)后，光標(biāo)處于閃爍狀態(tài)代表循環(huán)未結(jié)束。

造成程序沒(méi)有達(dá)到如期效果的原因是內(nèi)存的不可見(jiàn)性導(dǎo)致 while 條件判斷始終發(fā)生錯(cuò)誤。

因此，我們得使用 volatile 關(guān)鍵字來(lái)保證內(nèi)存的可見(jiàn)性，使得 while 條件判斷能夠正常識(shí)別修改后的標(biāo)志位 flag。

2. volatile能保證內(nèi)存可見(jiàn)性

可見(jiàn)性指一個(gè)線程對(duì)共享變量值的修改，能夠及時(shí)地被其他線程看到。

而 volatile 關(guān)鍵字就保證內(nèi)存的可見(jiàn)性。

在上述代碼中標(biāo)志位 flag 未使用 volatile 修飾導(dǎo)致 while 循環(huán)不能正確判斷，其原因如下：

flag == 0這個(gè)判斷，會(huì)實(shí)現(xiàn)兩條操作：

第一條，load 從內(nèi)存讀取數(shù)據(jù)到 cpu的寄存器。
第二條，cmp 比較寄存器中的值是否為0，是則返回 true 否則返回 false。

但是，編譯器有一個(gè)特性：優(yōu)化。優(yōu)化什么呢？

由于進(jìn)行大量數(shù)據(jù)操作時(shí) load 的開(kāi)銷(xiāo)很大，編譯器就做出了一個(gè)優(yōu)化，就是無(wú)論數(shù)據(jù)大或小 load 操作只會(huì)執(zhí)行一次。

因此，flag == 0 這個(gè)條件第一作為 load 加載到了寄存器中，后序無(wú)論對(duì) flag 進(jìn)行怎樣的修改 cmp 比較的時(shí)候始終為 true 了。

這就是多線程運(yùn)行時(shí)，編譯器對(duì)于代碼進(jìn)行優(yōu)化操作的內(nèi)存不可見(jiàn)性。也就是內(nèi)存看不到實(shí)際的情況。

因此，我們只需要在 flag 前面加上 volatile 關(guān)鍵字使得編譯器不對(duì) flag 進(jìn)行優(yōu)化，這樣就能達(dá)到效果。如下代碼所示:

public class TestDemo3 {
    volatile public static int flag = 0;//volatile修飾自定義標(biāo)志位
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread1 = new Thread(()-> {
            while (flag == 0) {
                //空
            }
            System.out.println("thread1線程結(jié)束");
        });//線程1
        Thread thread2 = new Thread(()-> {
            Scanner scanner = new Scanner(System.in);
            System.out.println("請(qǐng)輸入一個(gè)整數(shù):");
            flag = scanner.nextInt();
        });//線程2
        thread1.start();//啟動(dòng)線程1
        thread2.start();//啟動(dòng)線程2
    }
}

運(yùn)行后打?。?/p>

通過(guò)上述代碼及打印結(jié)果，可以看到達(dá)到了預(yù)期效果。因此，被 volatile 修飾的變量能夠保證每次從內(nèi)存中重新讀取數(shù)據(jù)。

解釋內(nèi)存可見(jiàn)性：

thread1頻繁讀取主內(nèi)存，效率比較第，就被優(yōu)化成直接讀直接的工作內(nèi)存

thread2修改了主內(nèi)存的結(jié)果，由于thread1沒(méi)有讀主內(nèi)存，導(dǎo)致修改不能被識(shí)別

上述的工作內(nèi)存理解為CPU寄存器，主內(nèi)存理解為內(nèi)存。

3. synchronized與volatile的區(qū)別

3.1 synchronized能保證原子性

以下代碼的需求為：兩個(gè)線程分別計(jì)算10000 次，使得 count 總數(shù)達(dá)到 20000：

//創(chuàng)建一個(gè)自定義類(lèi)
class myThread {
    int count = 0;
    public void run() {
        synchronized (this){
            count++;
        }
    }
    public int getCount() {
        return count;
    }
}
public class TreadDemo1 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        myThread myThread = new myThread();//實(shí)例化這個(gè)類(lèi)
        Thread thread1 = new Thread(()-> {
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                myThread.run();
            }
        });
        Thread thread2 = new Thread(()-> {
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                myThread.run();
            }
        });
        thread1.start();//啟動(dòng)線程thread1
        thread2.start();//啟動(dòng)線程thread2
        thread1.join();//等待線程thread1結(jié)束
        thread2.join();//等待線程thread2結(jié)束
        System.out.println(myThread.getCount());//獲取count值
    }
}

運(yùn)行后打印:

3.2 volatile不能保證原子性

當(dāng)我們把上述代碼中的 run 方法去掉 synchronized 的關(guān)鍵字，再給 count 變量加上 volatile 關(guān)鍵字。

//創(chuàng)建一個(gè)自定義類(lèi)
class myThread {
    volatile int count = 0;
    public void run() {
       count++;
    }
    public int getCount() {
        return count;
    }
}

運(yùn)行后打印:

到此這篇關(guān)于Java解決線程的不安全問(wèn)題之volatile關(guān)鍵字詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java的volatile關(guān)鍵字內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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