java volatile關鍵字作用及使用場景
- 2019 年 10 月 3 日
- 筆記
1. volatile關鍵字的作用：保證了變數的可見性（visibility）。被volatile關鍵字修飾的變數，如果值發生了變更，其他執行緒立馬可見，避免出現臟讀的現象。如以下程式碼片段，isShutDown被置為true後，doWork方法仍有執行。如用volatile修飾isShutDown變數，可避免此問題。
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 }
出現臟讀時，運行結果如下：
2. 為什麼會出現臟讀？
Java記憶體模型規定所有的變數都是存在主存當中，每個執行緒都有自己的工作記憶體。執行緒對變數的所有操作都必須在工作記憶體中進行，而不能直接對主存進行操作。並且每個執行緒不能訪問其他執行緒的工作記憶體。變數的值何時從執行緒的工作記憶體寫回主存，無法確定。
3. happens-before規則的理解與勘誤
在網上查volatile關鍵字相關資訊時，多篇部落格提到了happens-before原則，個人對此原則的理解是：當操作該volatile變數時，所有前序對該變數的操作都已完成（如不存在已變更，但未寫回主存的情況），所有後續對該變數的操作，都未開始。僅此而已。
這裡，我認為網上很常見的一個理論對此理解有誤，如下圖。此觀點認為，由於volatile變數flag的happens-before原則，所以A執行緒2處對其的寫操作一定先於B執行緒3處對其的讀操作。其實這種觀點是有邏輯缺陷的，如果存在一個C執行緒，先讀取flag的值，後寫入flag的值，那C執行緒的執行時機是什麼呢？如果還有其他D、E執行緒呢。。。對於這段程式碼的正確理解是，只要3處拿到的flag是true，那麼a的值一定是1，而不是0.因為volition修飾的變數，處理器不會對其進行重排序，所以1處對a的賦值，一定發生在2處對flag的賦值之前。如果flag不是volatile變數，那麼1處和2處程式碼的執行順序是無法保證的（處理器的指令重排序），雖然大部分情況1會先於2執行。happens-before原則約束的並不是多執行緒對同一變數的讀和寫操作之間的順序，而是保證讀操作時，前序所有對該變數的寫操作已生效（寫回主存）。
驗證如下：
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 }
運行結果如下，在寫操作執行之前，讀操作已完成
4. volatile關鍵字使用場景
注意：volatile只能保證變數的可見性，不能保證對volatile變數操作的原子性，見如下程式碼：
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 }
運行結果如下，volatile無法保證a++操作的原子性。
volatile正確的使用方法可參考：https://blog.csdn.net/vking_wang/article/details/9982709
