Java volatile关键字特性讲解上篇

时间:2022-12-12 爱吃南瓜糕的北络人气:0

一、概述

volatile是Java中的关键字，用来修饰会被不同线程访问和修改的变量。

volatile是Java虚拟机提供的轻量级的同步机制，它有三个特性：

（1）保证可见性

（2）不保证原子性

（3）禁止指令重排

二、特性详解

volatile保证可见性

Java内存模型（JMM）定义了一组规则、规范，规定了程序中各个变量的访问方法。JMM关于同步的规定：

（1）线程解锁前，必须把共享变量的值刷新回主内存；

（2）线程加锁前，必须读取主内存的最新值同步到自己的工作内存；

（3）加锁解锁必须是同一把锁；

说明：由于JVM运行程序的实体是线程，创建每个线程时，JMM会为其创建一个工作内存（也称栈空间），工作内存是每个线程的私有数据区域。

Java内存模型规定所有变量都存储在主内存，主内存是共享内存区域，所有线程都可以访问。

但是线程对变量的操作（读取、赋值等）必须在工作内存中进行。因此首先要将变量从主内存拷贝到自己的工作内存，然后对变量进行操作，操作完成后再将变量写会主内存中。

举例说明：

（1）火车票卖票系统还剩下一张票，并已经刷入到主内存中：ticketNum = 1；

（2）此时有3个用户在同时购买票，3个线程都读入了目前的票数，ticketNum=1,那么线程就会继续进入购买流程。

（3）假设其中一个线程先抢占了CPU资源，先买到票，并将自己的工作内存中的ticketNum值改为0，ticketNum=0，然后再写回到主内存。

这时，由于一个线程的用户已经买到了票，那么其他用户的线程应该不能再继续进入购买票的流程了，因此需要系统通知到其他线程 ticketNum=0 这个消息。如果可以达到这样的效果，可以理解为具有可见性。

无可见性代码演示：

@Test
public void test1() {
    DataDemo dataDemo = new DataDemo();
    RunThread runThread = new RunThread(dataDemo);
    runThread.start();
    while (dataDemo.getNumber() == 0) {
    }
    System.out.println("具有可见性验证通过");
}
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("线程[" + Thread.currentThread().getName() + "] 正在执行");
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        dataDemo.add();
        System.out.println("线程[" + Thread.currentThread().getName() + "]更新后，number值为：" + dataDemo.getNumber());
    }
}

执行结果：
线程[Thread-0] 正在执行
线程[Thread-0]更新后，number值为：10

结果分析：

可以看出子线程启动后将number值改为了10，虽然已经改为了非0，但是主线程仍然一直处于while循环中，因此此时number不具有可见性，系统不会主动通知主线程number值修改。

原理说明：

这个问题其实就是私有堆栈中的值和公共堆栈中的值不同步造成的。解决这样的问题就要使用 volatile 关键字了，它主要的作用就是当线程访问number这个变量时，强制性从公共堆栈中进行取值。

可见性代码演示：

@Test
public void test1() {
    DataDemo dataDemo = new DataDemo();
    RunThread runThread = new RunThread(dataDemo);
    runThread.start();
    while (dataDemo.getNumber() == 0) {
    }
    System.out.println("具有可见性验证通过");
}
public class DataDemo {
    // 给变量 number 添加 volatile 关键字修饰
    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("线程[" + Thread.currentThread().getName() + "] 正在执行");
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        dataDemo.add();
        System.out.println("线程[" + Thread.currentThread().getName() + "]更新后，number值为：" + dataDemo.getNumber());
    }
}

执行结果：
线程[Thread-0] 正在执行
线程[Thread-0]更新后，number值为：10
具有可见性验证通过

结果分析：

通过对变量number变量添加了volatile关键字修饰，可以看出子线程启动后将number值改为了10，随后主线程跳出了while循环，输出了“具有可见性验证通过”，说明此时number具有可见性。

原理说明：

通过使用 volatile 关键字，强制从公共内存中读取变量的值，内存结构如图：

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