1.volatile是Java虛擬機(jī)提供的輕量級(jí)的同步機(jī)制

• 保證可見性

• 不保證原子性

• 禁止指令重排

2. Java內(nèi)存模型(JMM)

JMM(Java內(nèi)存模型Java Memory Model，簡稱JMM)本身是一種抽象的概念，并不真實(shí)存在，它描述的是一組規(guī)則或規(guī)范，通過規(guī)范定義了程序中的各個(gè)變量(包括實(shí)例字段、靜態(tài)字段和構(gòu)成數(shù)組對(duì)象的元素)的訪問方式。

JMM的同步規(guī)定：

線程解鎖前，必須把共享變量的值刷新回主內(nèi)存

線程加鎖前，必須讀取主內(nèi)存的最新值到自己的工作內(nèi)存

加鎖解鎖是同一把鎖

由于JVM運(yùn)行程序的實(shí)體是線程，而每個(gè)線程創(chuàng)建時(shí)JVM都會(huì)為其創(chuàng)建一個(gè)工作內(nèi)存(有些地方稱為棧空間)，工作內(nèi)存時(shí)每個(gè)線程的私有數(shù)據(jù)區(qū)域，而Java內(nèi)存模型中規(guī)定所有變量都存儲(chǔ)在主內(nèi)存，主內(nèi)存是共享內(nèi)存區(qū)域，所有線程都可以訪問，但線程對(duì)變量的操作(讀取賦值等)必須在工作內(nèi)存中進(jìn)行，首先要將變量從主內(nèi)存拷貝到自己的工作內(nèi)存空間，然后對(duì)變量進(jìn)行操作，操作完成后再將變量寫回到主內(nèi)存，不能直接操作主內(nèi)存中的變量，各個(gè)線程的工作內(nèi)存中存儲(chǔ)著主內(nèi)存中的變量副本拷貝，因此不同的線程間無法訪問對(duì)方的工作內(nèi)存，線程間的通信(傳值)必須通過主內(nèi)存來完成，其簡要的訪問過程如下圖：

JMM的三大特性

JMM是線程安全性獲得的保證。因?yàn)镴MM具有如下特點(diǎn)：

可見性：從主內(nèi)存拷貝變量后，如果某一個(gè)線程在自己的工作內(nèi)存中對(duì)變量進(jìn)行了修改，然后寫回了主內(nèi)存，其它線程能第一時(shí)間看到，這就叫作可見性。

原子性：不可分割，完整性，也即某個(gè)線程正在做某個(gè)具體業(yè)務(wù)時(shí)，中間不可以被加塞或者被分割

有序性：禁止指令重排，按照規(guī)定的順序去執(zhí)行

綜上所述，volatile滿足JMM三大特性中的兩個(gè)，即可見性和有序性，volatile并不滿足原子性，所以說volatile是輕量級(jí)的同步機(jī)制。

3. 代碼驗(yàn)證Volatile的可見性

代碼示例：

/*** Created by salmonzhang on 2020/7/4.* 可見性代碼實(shí)例*/public class VolatileDemo {public static void main(String[] args) {MyData myData = new MyData();new Thread(() -> {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t come in ...");//暫停一會(huì)兒線程try{ TimeUnit.SECONDS.sleep(3); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }myData.addTo10();System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t update number value:" + myData.number);},"Thread01").start();while (myData.number == 0) {//main線程一直在這里等待，直到number的值不再等于零}System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t mission is over , number updated ...");}}class MyData{// int number = 0; // 這里沒有加volatilevolatile int number = 0; // 這里加了volatilepublic void addTo10() {this.number = 10;}}

沒有加volatile的運(yùn)行結(jié)果：

加了volatile的運(yùn)行結(jié)果：

總結(jié)：如果不加volatile關(guān)鍵字，則主線程會(huì)進(jìn)入死循環(huán)，加了volatile時(shí)主線程運(yùn)行正常，可以正常退出，說明加了volatile關(guān)鍵字后，當(dāng)有一個(gè)線程修改了變量的值，其它線程會(huì)在第一時(shí)間知道，當(dāng)前值作廢，重新從主內(nèi)存中獲取值。這種修改變量的值，讓其它線程第一時(shí)間知道，就叫作可見性。

4. 代碼驗(yàn)證Volatile不保證原子性

代碼示例：

/*** Created by salmonzhang on 2020/7/4.* 驗(yàn)證volatile不保證原子性* 原子性是什么意思：* 不可分割，完整性，也即某個(gè)線程正在做某個(gè)具體業(yè)務(wù)時(shí)，中間不可以被加塞或者被分割。* 需要整體完整，要么同時(shí)成功，要么同時(shí)失敗。保證數(shù)據(jù)的原子一致性*/public class VolatileDemo2 {public static void main(String[] args) {MyData2 myData2 = new MyData2();for (int i = 1; i <= 20; i++){new Thread(() -> {for (int j = 0; j < 1000; j++) {myData2.addPlusPuls();}},String.valueOf(i)).start();}//需要等待上面20個(gè)線程全部執(zhí)行完成后，再用main線程取得最終的結(jié)果值看看是多少？while (Thread.activeCount() > 2) { //后臺(tái)默認(rèn)有兩個(gè)線程：GC線程和main線程Thread.yield();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "finally number value = " + myData2.number);}}class MyData2{volatile int number = 0; // 這里加了volatilepublic void addPlusPuls() {number++;}}

運(yùn)行結(jié)果：

從代碼的運(yùn)行結(jié)果會(huì)發(fā)現(xiàn)：會(huì)出現(xiàn)number最終的結(jié)果有可能出現(xiàn)不是20000的時(shí)候，這就證明了volatile不能保證原子性。

5. volatile不能保證原子性的原因和解決方案

為什么volatile不能保證原子性？

由于多線程進(jìn)程調(diào)度的關(guān)系，在某一時(shí)間段出現(xiàn)了丟失寫值的情況。因?yàn)榫€程切換太快，會(huì)出現(xiàn)后面的線程會(huì)把前面的線程的值剛好覆蓋。

例如：Thread1和Thread2同時(shí)從主內(nèi)存中讀取number的值1到自己的工作內(nèi)存，并同時(shí)進(jìn)行了+1的動(dòng)作，當(dāng)Thread1將2寫會(huì)主內(nèi)存的時(shí)候，由于線程的調(diào)度原因，Thread2并沒有第一時(shí)間知道Thread1已經(jīng)將number的值改為了2，而是直接將Thread1改的number值進(jìn)行覆蓋，這樣就會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。

解決方案：

2.1. 直接在addPlusPuls前面加上synchronized

class MyData2{volatile int number = 0; // 這里加了volatilepublic synchronized void addPlusPuls() {number++;} }

但是為了保證一個(gè)number++的原子性直接用synchronized，感覺有點(diǎn)重，類似于“殺雞用牛刀”

2.2 用atomic

class MyData2{AtomicInteger number = new AtomicInteger();public void addPlusPuls() {number.getAndIncrement();} }

7. 有序性

計(jì)算機(jī)在執(zhí)行程序時(shí)，為了提高性能，編譯器的處理器通常會(huì)對(duì)指令做重排，一般有三種重排：

• 編譯器的重排

• 指令并行的重排

• 內(nèi)存系統(tǒng)的重排

單線程環(huán)境里確保程序最終執(zhí)行的結(jié)果和代碼執(zhí)行的結(jié)果一致

處理器在進(jìn)行重排序時(shí)，必須考慮指令之間的數(shù)據(jù)依懶性

多線程環(huán)境中線程交替執(zhí)行，由于編譯器優(yōu)化重排的存在，兩個(gè)線程中使用的變量能否保證用的變量能否一致性是無法確定的，結(jié)果也是無法預(yù)測(cè)的

重排案例一：

public void mySort(){int x=11;//語句1int y=12;//語句2x=x+5;//語句3y=x*x;//語句4 }

計(jì)算機(jī)執(zhí)行的順序可能是：

1234

2134

1324

問題:
請(qǐng)問語句4可以重排后變成第一條碼?
存在數(shù)據(jù)的依賴性，所以沒辦法排到第一個(gè)

重排案例二：

指令重排代碼示例：

public class ReSortSeqDemo {int a = 0;boolean flag = false;public void method01() {a = 1; // 這里的a和flag沒有禁止指令重排，所以在多線程環(huán)境中就有可能出現(xiàn)問題flag = true;}public void method02() {if (flag) {a = a + 3;System.out.println("a = " + a);}} }

這里的a和flag沒有禁止指令重排，所以在多線程環(huán)境中就有可能出現(xiàn)問題，例如指令重排后，method01中的flag=true先被Thread1執(zhí)行了，此時(shí)Thread2又搶占到了線程資源去執(zhí)行method02()時(shí)，此時(shí)的運(yùn)行結(jié)果就是有問題的。運(yùn)行結(jié)果就是a = 3，而不是正常情況下的a = 4

7. 單例模式下可能存在線程不安全

代碼示例：

public class SingletonDemo {private static SingletonDemo instance = null;private SingletonDemo(){System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t 我是SingletonDemo的構(gòu)造方法");};//synchronized 解決單例的多線程問題，會(huì)顯得比較重，整個(gè)方法都被鎖住了，不建議這么寫public static SingletonDemo getInstance(){if (instance == null) {instance = new SingletonDemo();}return instance;}public static void main(String[] args) {//并發(fā)多線程后，會(huì)出現(xiàn)構(gòu)造函數(shù)多次執(zhí)行的情況for (int i = 1; i <= 10; i++){new Thread(() -> {SingletonDemo.getInstance();},String.valueOf(i)).start();}} }

運(yùn)行結(jié)果：

8. 單例模式下的volatile分析

1.代碼示例：

public class SingletonDemo {private static volatile SingletonDemo instance = null; //加上volatile，禁止編譯器指令重排private SingletonDemo(){System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t 我是SingletonDemo的構(gòu)造方法");};/*** DCL (double check Lock 雙端檢索機(jī)制)*/public static SingletonDemo getInstance(){if (instance == null) {synchronized (SingletonDemo.class) {if (instance == null) {instance = new SingletonDemo();}}}return instance;}public static void main(String[] args) {//并發(fā)多線程后，會(huì)出現(xiàn)構(gòu)造函數(shù)多次執(zhí)行的情況for (int i = 1; i <= 10; i++){new Thread(() -> {SingletonDemo.getInstance();},String.valueOf(i)).start();}} }

總結(jié)：

• 如果沒有加 volatile 就不一定是線程安全的，原因是指令重排序的存在，加入 volatile 可以禁止指令重排。

• 原因是在于某一個(gè)線程執(zhí)行到第一次檢測(cè)，讀取到的 instance 不為 null 時(shí)，instance 的引用對(duì)象可能還沒有完成初始化。

• instance = new Singleton() 可以分為以下三步完成

  memory = allocate(); // 1.分配對(duì)象空間 instance(memory); // 2.初始化對(duì)象instance = memory; // 3.設(shè)置instance指向剛分配的內(nèi)存地址，此時(shí)instance != null

• 步驟 2 和步驟 3 不存在依賴關(guān)系，而且無論重排前還是重排后程序的執(zhí)行結(jié)果在單線程中并沒有改變，因此這種優(yōu)化是允許的。

• 發(fā)生重排

  memory = allocate(); // 1.分配對(duì)象空間 instance = memory; //3.設(shè)置instance指向剛分配的內(nèi)存地址，此時(shí)instance != null，但對(duì)象還沒有初始化完成 instance(memory); // 2.初始化對(duì)象

• 所以不加 volatile 返回的實(shí)例不為空，但可能是未初始化的實(shí)例

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的volatile的学习总结的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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