java中volatile關(guān)鍵字的作用與實(shí)例代碼

更新時間：2021年04月08日 10:54:31 作者：在路上的菜鳥

這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于java中volatile關(guān)鍵字的相關(guān)資料，文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價值，需要的朋友們下面隨著小編來一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧

一,什么是volatile關(guān)鍵字,作用是什么

volatile是java虛擬機(jī)提供的輕量級同步機(jī)制

作用是: 1.保證可見性 2.禁止指令重排 3.不保證原子性

本篇具體就講解什么叫保證了可見性, 什么叫禁止指令重排,什么是原子性

而在這之前需要對JMM 有所了解

二,什么是JMM

JMM(java 內(nèi)存模型 Java Memory Model 簡稱JMM) 本身是一個抽象的概念,并不在內(nèi)存中真實(shí)存在的,它描述的是一組規(guī)范或者規(guī)則,通過這組規(guī)范定義了程序中各個變量(實(shí)例字段,靜態(tài)字段和構(gòu)成數(shù)組對象的元素)的訪問方式.

JMM的同步規(guī)定:

1.線程解鎖之前,必須把共享變量刷新回主存

2.線程加鎖鎖之前,必須讀取主存的最新值到自己的工作空間

3.加鎖解鎖必須是同一把鎖

由于 JMM運(yùn)行程序的實(shí)體是線程.而每個線程創(chuàng)建時JMM都會為其創(chuàng)建一個自己的工作內(nèi)存(棧空間),工作內(nèi)存是每個線程的私有數(shù)據(jù)區(qū)域.而java內(nèi)存模型中規(guī)定所有的變量都存儲在主內(nèi)存中,主內(nèi)存是共享內(nèi)存區(qū)域,所有線程都可以訪問,但線程的變量的操作(讀取賦值等)必須在自己的工作內(nèi)存中去進(jìn)行,首先要將變量從主存拷貝到自己的工作內(nèi)存中,然后對變量進(jìn)行操作,操作完成后再將變量操作完后的新值寫回主內(nèi)存,不能直接操作主內(nèi)存的變量,各個線程的工作內(nèi)存中存儲著主內(nèi)存的變量拷貝的副本,因IC不同的線程間無法訪問對方的工作內(nèi)存,線程間的通信必須在主內(nèi)存來完成, 其簡要訪問過程如下圖:

三,可見性

可見性:指當(dāng)多個線程訪問同一個變量時，一個線程修改了這個變量的值，其他線程能夠立即看得到修改的值。

通過前面的 JMM介紹,我們知道各個線程對主內(nèi)存的變量的操作都是各個線程各自拷貝到自己的工作內(nèi)存中進(jìn)行操作,然后在寫回主內(nèi)存中

這就可能存在一個線程a修改了共享變量X的值但還未寫回主內(nèi)存,又有一個線程b對共享變量X進(jìn)行操作,但此時線程a的工作內(nèi)存的共享變量X對線程吧來說是不可見的,這種工作內(nèi)存與主內(nèi)存同步延遲的問題就造成了可見性問題

四,不保證原子性

原子性:某個線程在執(zhí)行某項(xiàng)業(yè)務(wù)時，中間不可被加塞或分割，需要整體完整。要么同時成功，要么同時失敗

    class MyData{
    volatile int number = 0;
    Object object = new Object();

    public void addTo60(){
        this.number = 60;
    }
    
    public void addPlusPlus(){
        this.number++;
    }
    
    AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();
    
    public void addAtomic(){
        atomicInteger.getAndIncrement();
    }
}

/**
 * 驗(yàn)證volatile的可見性

 * 1.當(dāng)number未被volatile修飾時，new Thread將number值改為60，但main線程并不知道，會一直在循環(huán)中出不來

 * 2.當(dāng)number使用volatile修飾，new Thread改變number值后，會通知main線程主內(nèi)存的值已被修改，結(jié)束任務(wù)。體現(xiàn)了可見性
 *

 * 驗(yàn)證volatile不保證原子性

 * 1.原子性是指，某個線程在執(zhí)行某項(xiàng)業(yè)務(wù)時，中間不可被加塞或分割，需要整體完整。要么同時成功，要么同時失敗
 *

 * 如何解決呢？

 * 1.使用synchronize

 * 2.使用AtomicInteger
 *
 */
public class VolatileDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //seeByVolatile();
        atomic();
    }
    //驗(yàn)證原子性
    public static void atomic() {
        MyData myData = new MyData();
        for (int i = 1; i <= 20; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    for (int j = 1; j <= 1000; j++) {
                        /*synchronized (myData.object){
                            myData.addPlusPlus();
                        }*/
                        myData.addPlusPlus();
                        myData.addAtomic();
                    }
                }
            }).start();
        }

        //等待上面20個線程全部計算結(jié)束
        while (Thread.activeCount() > 2){
            Thread.yield();
        }
        
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "int finally number is " + myData.number);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "AtomicInteger finally number is " + myData.atomicInteger);
    }

    //驗(yàn)證可見性的方法
    public static void seeByVolatile() {
        MyData myData = new MyData();
        //第一個線程
        new Thread(){
            public void run(){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " come in");
                try {
                    sleep(3000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                myData.addTo60();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " update number to " + myData.number);
            }
        }.start();

        //第二個線程 main
        while (myData.number == 0){
        
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "mission is over");
    }
}

number++在多線程下是非線程安全,不是原子性操作？

五,禁止指令重排

計算機(jī)在執(zhí)行程序時,為了提高性能,編譯器和處理器常常會對指令做重排,一般分為一下三種:

單線程的環(huán)境里指令重排確保最終執(zhí)行的結(jié)果和代碼順序執(zhí)行的結(jié)果一致

處理器在進(jìn)行指令重排是必須要考慮指令之間的數(shù)據(jù)依賴性

多線程的環(huán)境交替執(zhí)行,由于編譯器優(yōu)化重排的存在,倆個線程使用變量能否保證一致性是無法確定的,無法預(yù)料的

實(shí)例一:

實(shí)例二:

線程操作資源類，線程1訪問method1，線程2訪問method2，正常情況順序執(zhí)行，a=6
多線程下假設(shè)出現(xiàn)了指令重排，語句2在語句1之前，當(dāng)執(zhí)行完flag=true后，另一個線程馬上執(zhí)行method2，a=5

所以volatile 禁止指令重排,從而避免多線程的環(huán)境下出現(xiàn)執(zhí)行亂序的情況

六:使用volatile 的經(jīng)典案例

單例DCL的代碼

 單例DCL的代碼

public class SingletonDemo {
    private static SingletonDemo instance = null;

    private SingletonDemo(){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "構(gòu)造方法");
    }
    
    //DCL雙端加鎖機(jī)制
    public static SingletonDemo getInstance(){
        if (instance == null){
            synchronized (SingletonDemo.class){
                if (instance == null){
                    instance = new SingletonDemo();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

這種寫法在多線程條件下可能正確率為99.999999%，但可能由于指令重排出錯

原因在于某一個線程執(zhí)行到第一次檢測,讀取到instance不為null,instance引用對象可能還沒有完成初始化.

instance = new SingletonDemo();; 分為一下三步

memory = allocate() //分配內(nèi)存
ctorInstanc(memory) //初始化對象
instance = memory //設(shè)置instance指向剛分配的地址

2 ,3 步不存在數(shù)據(jù)依賴, 可以指令重排的執(zhí)行順序?yàn)?1 ,3 ,2,設(shè)置instance指向剛分配的地址,次數(shù)instance還沒有初始化完

但此時instance不為null了,若正好此時有一個線程來訪問,就出現(xiàn)了線程安全問題

所以需要添加volatile 關(guān)鍵字

public class SingletonDemo {
    private static volatile SingletonDemo instance = null;

    private SingletonDemo(){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "構(gòu)造方法");
    }
    //DCL雙端加鎖機(jī)制
    public static SingletonDemo getInstance(){
        if (instance == null){
            synchronized (SingletonDemo.class){
                if (instance == null){
                    instance = new SingletonDemo();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}