Java内存模型与volatile

Java内存模型（JMM）
        在介绍volatile之前，先介绍一下java内存模型（JMM）。如下图所示：



        每个Java线程在运行的过程中，都有一个与之对应的工作内存，这个内存空间是线程私有的。

        当多个线程同时修改同一个对象时，线程会首先从主内存里面取出对象到工作内存当中去。然后更改完工作内存之后，再更新到主内存当中去。因此，对于普通的变量来说，在多线程操作的过程中，如果内部不做线程安全的控制，就存在着线程安全的问题。
volatile简单介绍

        volatile关键字保证的是一种可见性。就是当一个线程修改了一个volatile类型的变量，在另外一个线程操作之前，会立即通知到其数据已经更新。这里面简单的介绍一下相关的语义：

class VolatileExample {
int a = 0;
volatile boolean flag = false;

public void writer() {
a = 1; //1
flag = true; //2
}

public void reader() {
if (flag) { //3
int i = a; //4
……
}
}
}        假设线程A执行writer()方法之后，线程B执行reader()方法。根据happens before规则，这个过程建立的happens before 关系可以分为两类：

        根据程序次序规则，1 happens before 2; 3 happens before 4。

        根据volatile规则，2 happens before 3。

        根据happens before 的传递性规则，1 happens before 4。

       上述happens before 关系的图形化表现形式如下：



        在上图中，每一个箭头链接的两个节点，代表了一个happens before 关系。黑色箭头表示程序顺序规则；橙色箭头表示volatile规则；蓝色箭头表示组合这些规则后提供的happens before保证。

        这里A线程写一个volatile变量后，B线程读同一个volatile变量。A线程在写volatile变量之前所有可见的共享变量，在B线程读同一个volatile变量后，将立即变得对B线程可见。

        参见：http://www.infoq.com/cn/articles/java-memory-model-4
一个有趣的例子

public class Novisibility {
private static boolean ready;// 在server模式下，由于JVM优化，造成ReaderThread永远无法看到ready=true, 所以while会一直循环
private static int number;

private static class ReaderThread extends Thread {
@Override
public void run() {
while (!ready)
;
System.out.println(number);
}
}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
new ReaderThread().start();
Thread.sleep(1000);
number = 42;
ready = true;
Thread.sleep(10000);
}

}        通过运行以上代码可以看见，程序无法退出。这是由于在-server模式下，JVM对指令进行了优化，造成了子线程中的ready永远都不知道ready的值已经变化。
volatile数组变量的可见性

        这里面以 CopyOnWriteArrayList 源代码为例，介绍一下其内部是如何使用volatile关键字的。

/** The array, accessed only via getArray/setArray. */
private transient volatile Object[] array;

        对于CopyOnWriteArrayList 内部保存数据的数组，使用了volatile 关键字。

public E set(int index, E element) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
Object[] elements = getArray();
E oldValue = get(elements, index);

if (oldValue != element) {
int len = elements.length;
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len);
newElements[index] = element;
setArray(newElements);
} else {
// Not quite a no-op; ensures volatile write semantics
setArray(elements);
}
return oldValue;
} finally {
lock.unlock();
}
}

        上面是CopyOnWriteArrayList 设置元素的代码，可以看出，这个并不是简单的在index位置上设置元素。而是生成了一个新的数组元素，然后将当前的array设置成新的newElements 。

        通过数组的整体替换，才可以保证对其他线程的可见性。这里如果仅仅修改了索引为index的元素值。那么其他线程是无法立马看到结果的。

        对于volatile 仅仅对数组对象的可见性，而不是其元素，请参见：http://ifeve.com/volatile-array-visiblity/

链接：http://moguhu.com/article/detail?articleId=24