java 关键字 volatile初识

java 关键字 volatile初识

概述

JMM提供了volatile变量定义、final、synchronized块来保证可见性。
用volatile修饰的变量，线程在每次使用变量的时候，都会读取变量修改后的值。
volatile很容易被误用，用来进行原子性操作。

volatile关键字的两层语义

1）保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性，即一个线程修改了某个变量的值，这新值对其他线程来说是立即可见的。


2）禁止进行指令重排序。


cpu执行指令

大家都知道，计算机在执行程序时，每条指令都是在CPU中执行的，而执行指令过程中，

势必涉及到数据的读取和写入。由于程序运行过程中的临时数据是存放在主存（物理内存）

当中的，这时就存在一个问题，由于CPU执行速度很快，

而从内存读取数据和向内存写入数据的过程跟CPU执行指令的速度比起来要慢的多，

因此如果任何时候对数据的操作都要通过和内存的交互来进行，会大大降低指令执行的速度。

因此在CPU里面就有了高速缓存。

也就是，当程序在运行过程中，会将运算需要的数据从主存复制一份到CPU的高速缓存当中，

那么CPU进行计算时就可以直接从它的高速缓存读取数据和向其中写入数据，

当运算结束之后，再将高速缓存中的数据刷新到主存当中。

因为主存—>高速缓存—>cpu这三个过程，所以导致多线程环境下可能会出现线程安全问题。

volatile的原理和实现机制

下面这段话摘自《深入理解Java虚拟机》：

“观察加入volatile关键字和没有加入volatile关键字时所生成的汇编代码发现，加入volatile关键字时，会多出一个lock前缀指令”

lock前缀指令实际上相当于一个内存屏障（也成内存栅栏），内存屏障会提供3个功能：

1）它确保指令重排序时不会把其后面的指令排到内存屏障之前的位置，也不会把前面的指令排到内存屏障的后面；即在执行到内存屏障这句指令时，在它前面的操作已经全部完成；

2）它会强制将对缓存的修改操作立即写入主存；

3）如果是写操作，它会导致其他CPU中对应的缓存行无效。

使用场景

synchronized关键字是防止多个线程同时执行一段代码，那么就会很影响程序执行效率，而volatile关键字在某些情况下性能要优于synchronized，但是要注意volatile关键字是无法替代synchronized关键字的，因为volatile关键字无法保证操作的原子性。通常来说，

使用volatile必须具备以下2个条件：

1）对变量的写操作不依赖于当前值
2）该变量没有包含在具有其他变量的不变式中

实际上，这些条件表明，可以被写入 volatile 变量的这些有效值独立于任何程序的状态，包括变量的当前状态。

事实上，我的理解就是上面的2个条件需要保证操作是原子性操作，才能保证使用volatile关键字的程序在并发时能够正确执行。

1.状态标识符

volatile boolean inited = false;
//线程1:
context = loadContext();
inited = true;

//线程2:
while(!inited ){
sleep()
}
doSomethingwithconfig(context);

2.double check(双重校验)

class Singleton{
private volatile static Singleton instance = null;

private Singleton() {

}

public static Singleton getInstance() {
if(instance==null) {
synchronized (Singleton.class) {
if(instance==null)
instance = new Singleton();
}
}
return instance;
}
}

验证volatile不保证变量操作的原子性

Count类Code

public class Count {

//volatile修饰的共享成员变量
private volatile int num = 0;
//加1方法
public void add() {
try {
Thread.sleep(1);//故意让其休眠一瞬间
} catch (InterruptedException e) {
}
num++;
}

public void setNum(int num) {
this.num = num;
}
public int getNum() {
return num;
}
}

VolatileThread类Code

public class VolatileThread implements Runnable {

// 共享成员变量
private Count count;

public VolatileThread(Count count) {
this.count = count;
}

@Override
public void run() {
int i = 0;
while (i < 100) {
i++;
count.add();
}
}
}

MainApp Code

public class MainApp {
public static void main(String[] args) {
Count count = new Count();
VolatileThread voliteThread1 = new VolatileThread(count);

//启动多个线程
new Thread(voliteThread1).start();
new Thread(voliteThread1).start();
new Thread(voliteThread1).start();
new Thread(voliteThread1).start();

try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
}
System.out.println("总数:"+count.getNum());
}
}

说明:得出的结果是小于400的，每次都不唯一数值。

参考

http://www.tuicool.com/articles/veuyeyV

http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-jtp06197.html