java并發(fā) volatile關(guān)鍵字的理解

在多線程的環(huán)境,當(dāng)一個(gè)線程修改了共享變量,另一個(gè)線程能讀取到這個(gè)變量的修改值,變量java 提供了volatile保證了變量的可見性,輕量級的synchronized
它實(shí)現(xiàn)的原理主要有以下兩個(gè)方面

  • 追加的LOCK#指令會(huì)使處理器緩存行寫回到內(nèi)存
  • 一個(gè)處理器的緩存寫回到內(nèi)存會(huì)使其他處理器的緩存無效

volatile的應(yīng)用

先看一段代碼,假如線程1先執(zhí)行,線程2后執(zhí)行:

//線程1
boolean stop = false;
while(!stop){
    doSomething();
    }
     
  //線程2
  stop = true;

這段代碼是很典型的一段代碼,很多人在中斷線程時(shí)可能都會(huì)采用這種標(biāo)記辦法。但是事實(shí)上,這段代碼會(huì)完全運(yùn)行正確么?即一定會(huì)將線程中斷么?不一定,也許在大多數(shù)時(shí)候,這個(gè)代碼能夠把線程中斷,但是也有可能會(huì)導(dǎo)致無法中斷線程(雖然這個(gè)可能性很小,但是只要一旦發(fā)生這種情況就會(huì)造成死循環(huán)了)。
下面解釋一下這段代碼為何有可能導(dǎo)致無法中斷線程。在前面已經(jīng)解釋過,每個(gè)線程在運(yùn)行過程中都有自己的工作內(nèi)存,那么線程1在運(yùn)行的時(shí)候,會(huì)將stop變量的值拷貝一份放在自己的工作內(nèi)存當(dāng)中。
那么當(dāng)線程2更改了stop變量的值之后,但是還沒來得及寫入主存當(dāng)中,線程2轉(zhuǎn)去做其他事情了,那么線程1由于不知道線程2對stop變量的更改,因此還會(huì)一直循環(huán)下去。
但是用volatile修飾之后就變得不一樣了:

  • 使用volatile關(guān)鍵字會(huì)強(qiáng)制將修改的值立即寫入主存;
  • 使用volatile關(guān)鍵字的話,當(dāng)線程2進(jìn)行修改時(shí),會(huì)導(dǎo)致線程1的工作內(nèi)存中緩存變量stop的緩存行無效(反映到硬件層的話,就是CPU的L1或者L2緩存中對應(yīng)的緩存行無效);
  • 由于線程1的工作內(nèi)存中緩存變量stop的緩存行無效,所以線程1再次讀取變量stop的值時(shí)會(huì)去主存讀取。
    那么在線程2修改stop值時(shí)(當(dāng)然這里包括2個(gè)操作,修改線程2工作內(nèi)存中的值,然后將修改后的值寫入內(nèi)存),會(huì)使得線程1的工作內(nèi)存中緩存變量stop的緩存行無效,然后線程1讀取時(shí),發(fā)現(xiàn)自己的緩存行無效,它會(huì)等待緩存行對應(yīng)的主存地址被更新之后,然后去對應(yīng)的主存讀取最新的值。
    那么線程1讀取到的就是最新的正確的值

注意

volatitle保證了共享變量的可見性,但是并沒有保證原子性,如果變量額的操作非原子性的,也會(huì)線程不安全。

public class Test {
    public volatile int inc = 0;
     
    public void increase() {
    inc++;
    }
              
    public static void main(String[] args) {
    final Test test = new Test();
    for(int i=0;i<10;i++){
        new Thread(){
            public void run(){
                for(int j=0;j<1000;j++)
                    test.increase();
                    };
                }.start();
            }
                                                                             
    while(Thread.activeCount()>1)  //保證前面的線程都執(zhí)行完    
    Thread.yield();
    System.out.println(test.inc);
    }
}

由于自增操作是非原子操作,某一時(shí)刻,存在兩個(gè)線程讀取同一個(gè)有效的inc 此時(shí)由于是非原子操作,此時(shí)將進(jìn)行兩次++ 但是導(dǎo)致只發(fā)生了一次++操作。

所以volatile保證了變量的可見性但是不能不能保證線程安全

Java Current包下的原子類通過CAS(Compare and set)完成同步鎖的一種樂觀鎖(更新時(shí)判斷是否被修改) 來保證對變量的原子操作從而保證了線程安全。
如下面代碼:

private volatile int value;

public final int get() {
        return value;
}
public final int incrementAndGet() {
    for (;;) {
        int current = get();
        int next = current + 1;
        if (compareAndSet(current, next))
            return next;
        }
}

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