java volatile关键字作用及使用场景
- 2019 年 10 月 3 日
- 笔记
1. volatile关键字的作用：保证了变量的可见性（visibility）。被volatile关键字修饰的变量，如果值发生了变更，其他线程立马可见，避免出现脏读的现象。如以下代码片段，isShutDown被置为true后，doWork方法仍有执行。如用volatile修饰isShutDown变量，可避免此问题。
1 public class VolatileTest3 { 2 static class Work { 3 boolean isShutDown = false; 4 5 void shutdown() { 6 isShutDown = true; 7 System.out.println("shutdown!"); 8 } 9 10 void doWork() { 11 while (!isShutDown) { 12 System.out.println("doWork"); 13 } 14 } 15 } 16 17 public static void main(String[] args) { 18 Work work = new Work(); 19 20 new Thread(work::doWork).start(); 21 new Thread(work::doWork).start(); 22 new Thread(work::doWork).start(); 23 new Thread(work::shutdown).start(); 24 new Thread(work::doWork).start(); 25 new Thread(work::doWork).start(); 26 new Thread(work::doWork).start(); 27 } 28 }
出现脏读时，运行结果如下：
2. 为什么会出现脏读？
Java内存模型规定所有的变量都是存在主存当中，每个线程都有自己的工作内存。线程对变量的所有操作都必须在工作内存中进行，而不能直接对主存进行操作。并且每个线程不能访问其他线程的工作内存。变量的值何时从线程的工作内存写回主存，无法确定。
3. happens-before规则的理解与勘误
在网上查volatile关键字相关信息时，多篇博客提到了happens-before原则，个人对此原则的理解是：当操作该volatile变量时，所有前序对该变量的操作都已完成（如不存在已变更，但未写回主存的情况），所有后续对该变量的操作，都未开始。仅此而已。
这里，我认为网上很常见的一个理论对此理解有误，如下图。此观点认为，由于volatile变量flag的happens-before原则，所以A线程2处对其的写操作一定先于B线程3处对其的读操作。其实这种观点是有逻辑缺陷的，如果存在一个C线程，先读取flag的值，后写入flag的值，那C线程的执行时机是什么呢？如果还有其他D、E线程呢。。。对于这段代码的正确理解是，只要3处拿到的flag是true，那么a的值一定是1，而不是0.因为volition修饰的变量，处理器不会对其进行重排序，所以1处对a的赋值，一定发生在2处对flag的赋值之前。如果flag不是volatile变量，那么1处和2处代码的执行顺序是无法保证的（处理器的指令重排序），虽然大部分情况1会先于2执行。happens-before原则约束的并不是多线程对同一变量的读和写操作之间的顺序，而是保证读操作时，前序所有对该变量的写操作已生效（写回主存）。
验证如下：
1 public class VolatileTest { 2 static class A { 3 int a = 0; 4 volatile boolean flag = false; 5 6 void writer() { 7 a = 1; //1 8 flag = true; //2 9 System.out.println("write"); 10 } 11 12 void reader() { 13 if (flag) { //3 14 int i = a; //4 15 System.out.println("read true"); 16 System.out.println("i is :" + i); 17 } else { 18 int i = a; 19 System.out.println("read false"); 20 System.out.println("i is :" + i); 21 } 22 } 23 24 } 25 26 public static void main(String[] args) { 27 A aaa = new A(); 28 new Thread(() -> aaa.reader()).start(); 29 new Thread(() -> aaa.writer()).start(); 30 } 31 }
运行结果如下，在写操作执行之前，读操作已完成
4. volatile关键字使用场景
注意：volatile只能保证变量的可见性，不能保证对volatile变量操作的原子性，见如下代码：
1 public class VolatileTest2 { 2 static class A { 3 volatile int a = 0; 4 void increase() { 5 a++; 6 } 7 int getA(){ 8 return a; 9 } 10 } 11 12 public static void main(String[] args) { 13 A a = new A(); 14 15 new Thread(() -> { 16 for (int i = 0;i < 1000;i++) { 17 a.increase(); 18 } 19 System.out.println(a.getA()); 20 }).start(); 21 new Thread(() -> { 22 for (int i = 0;i < 2000;i++) { 23 a.increase(); 24 } 25 System.out.println(a.getA()); 26 }).start(); 27 new Thread(() -> { 28 for (int i = 0;i < 3000;i++) { 29 a.increase(); 30 } 31 System.out.println(a.getA()); 32 }).start(); 33 new Thread(() -> { 34 for (int i = 0;i < 4000;i++) { 35 a.increase(); 36 } 37 System.out.println(a.getA()); 38 }).start(); 39 new Thread(() -> { 40 for (int i = 0;i < 5000;i++) { 41 a.increase(); 42 } 43 System.out.println(a.getA()); 44 }).start(); 45 } 46 }
运行结果如下，volatile无法保证a++操作的原子性。
volatile正确的使用方法可参考：https://blog.csdn.net/vking_wang/article/details/9982709
