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java volatile關(guān)鍵字作用及使用場(chǎng)景詳解

更新時(shí)間：2019年08月04日 14:18:23 作者：孜然狼

在本文里我們給大家分享的是關(guān)于java volatile關(guān)鍵字作用及使用場(chǎng)景的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容，需要的朋友們學(xué)習(xí)下。

1. volatile關(guān)鍵字的作用：保證了變量的可見(jiàn)性（visibility）。被volatile關(guān)鍵字修飾的變量，如果值發(fā)生了變更，其他線程立馬可見(jiàn)，避免出現(xiàn)臟讀的現(xiàn)象。如以下代碼片段，isShutDown被置為true后，doWork方法仍有執(zhí)行。如用volatile修飾isShutDown變量，可避免此問(wèn)題。

public class VolatileTest3 {
 static class Work {
 boolean isShutDown = false;

 void shutdown() {
  isShutDown = true;
  System.out.println("shutdown!");
 }

 void doWork() {
  while (!isShutDown) {
  System.out.println("doWork");
  }
 }
 }

 public static void main(String[] args) {
 Work work = new Work();

 new Thread(work::doWork).start();
 new Thread(work::doWork).start();
 new Thread(work::doWork).start();
 new Thread(work::shutdown).start();
 new Thread(work::doWork).start();
 new Thread(work::doWork).start();
 new Thread(work::doWork).start();
 }
}

出現(xiàn)臟讀時(shí)，運(yùn)行結(jié)果如下：

2. 為什么會(huì)出現(xiàn)臟讀？

Java內(nèi)存模型規(guī)定所有的變量都是存在主存當(dāng)中，每個(gè)線程都有自己的工作內(nèi)存。線程對(duì)變量的所有操作都必須在工作內(nèi)存中進(jìn)行，而不能直接對(duì)主存進(jìn)行操作。并且每個(gè)線程不能訪問(wèn)其他線程的工作內(nèi)存。變量的值何時(shí)從線程的工作內(nèi)存寫回主存，無(wú)法確定。

3. happens-before規(guī)則的理解與勘誤

在網(wǎng)上查volatile關(guān)鍵字相關(guān)信息時(shí)，多篇博客提到了happens-before原則，個(gè)人對(duì)此原則的理解是：當(dāng)操作該volatile變量時(shí)，所有前序?qū)υ撟兞康牟僮鞫家淹瓿桑ㄈ绮淮嬖谝炎兏?，但未寫回主存的情況），所有后續(xù)對(duì)該變量的操作，都未開始。僅此而已。

這里，我認(rèn)為網(wǎng)上很常見(jiàn)的一個(gè)理論對(duì)此理解有誤，如下圖。此觀點(diǎn)認(rèn)為，由于volatile變量flag的happens-before原則，所以A線程2處對(duì)其的寫操作一定先于B線程3處對(duì)其的讀操作。其實(shí)這種觀點(diǎn)是有邏輯缺陷的，如果存在一個(gè)C線程，先讀取flag的值，后寫入flag的值，那C線程的執(zhí)行時(shí)機(jī)是什么呢？如果還有其他D、E線程呢。。。對(duì)于這段代碼的正確理解是，只要3處拿到的flag是true，那么a的值一定是1，而不是0.因?yàn)関olition修飾的變量，處理器不會(huì)對(duì)其進(jìn)行重排序，所以1處對(duì)a的賦值，一定發(fā)生在2處對(duì)flag的賦值之前。如果flag不是volatile變量，那么1處和2處代碼的執(zhí)行順序是無(wú)法保證的（處理器的指令重排序），雖然大部分情況1會(huì)先于2執(zhí)行。happens-before原則約束的并不是多線程對(duì)同一變量的讀和寫操作之間的順序，而是保證讀操作時(shí)，前序所有對(duì)該變量的寫操作已生效（寫回主存）。

驗(yàn)證如下：

public class VolatileTest {
 static class A {
 int a = 0;
 volatile boolean flag = false;

 void writer() {
  a = 1;   //1
  flag = true;  //2
  System.out.println("write");
 }

 void reader() {
  if (flag) {  //3
  int i = a;  //4
  System.out.println("read true");
  System.out.println("i is :" + i);
  } else {
  int i = a;
  System.out.println("read false");
  System.out.println("i is :" + i);
  }
 }

 }

 public static void main(String[] args) {
 A aaa = new A();
 new Thread(() -> aaa.reader()).start();
 new Thread(() -> aaa.writer()).start();
 }
}

運(yùn)行結(jié)果如下，在寫操作執(zhí)行之前，讀操作已完成

4. volatile關(guān)鍵字使用場(chǎng)景

注意：volatile只能保證變量的可見(jiàn)性，不能保證對(duì)volatile變量操作的原子性，見(jiàn)如下代碼：

public class VolatileTest2 {
 static class A {
 volatile int a = 0;
 void increase() {
  a++;
 }
 int getA(){
  return a;
 }
 }

 public static void main(String[] args) {
 A a = new A();

 new Thread(() -> {
  for (int i = 0;i < 1000;i++) {
  a.increase();
  }
  System.out.println(a.getA());
 }).start();
 new Thread(() -> {
  for (int i = 0;i < 2000;i++) {
  a.increase();
  }
  System.out.println(a.getA());
 }).start();
 new Thread(() -> {
  for (int i = 0;i < 3000;i++) {
  a.increase();
  }
  System.out.println(a.getA());
 }).start();
 new Thread(() -> {
  for (int i = 0;i < 4000;i++) {
  a.increase();
  }
  System.out.println(a.getA());
 }).start();
 new Thread(() -> {
  for (int i = 0;i < 5000;i++) {
  a.increase();
  }
  System.out.println(a.getA());
 }).start();
 }
}

運(yùn)行結(jié)果如下，volatile無(wú)法保證a++操作的原子性。