java中volatile关键字的含义

Posted 2023-02-15 sshhsun-

在java线程并发处理中，有一个关键字volatile的使用目前存在很大的混淆，以为使用这个关键字，在进行多线程并发处理的时候就可以万事大吉。

Java语言是支持多线程的，为了解决线程并发的问题，在语言内部引入了 同步块 和 volatile 关键字机制。

synchronized

同步块大家都比较熟悉，通过synchronized关键字来实现，所有加上synchronized 和 块语句，在多线程访问的时候，同一时刻只能有一个线程能够用synchronized 修饰的方法 或者 代码块。

volatile

用volatile修饰的变量，线程在每次使用变量的时候，都会读取变量修改后的最的值。volatile很容易被误用，用来进行原子性操作。

下面看一个例子，我们实现一个计数器，每次线程启动的时候，会调用计数器inc方法，对计数器进行加一..

public class VolatileTest 
    public static int count = 0;

    public static void inc() 
        try 
            Thread.sleep(1);
            VolatileTest.count++;
         catch (InterruptedException e) 
            e.printStackTrace();
        

    
    public static void main(String[] args) 
        for (int i = 0; i < 1000; i++) 
            new Thread(new Runnable() 
                @Override
                public void run() 
                    inc();
                
            ).start();
        
        System.out.println("运行结果:VolatileTest.count=" + VolatileTest.count);
    

---

运行结果:VolatileTest.count=959
实际运算结果每次可能都不一样，本机的结果为：运行结果:Counter.count=995，可以看出，在多线程的环境下，Counter.count并没有期望结果是1000

很多人以为，这个是多线程并发问题，只需要在变量count之前加上volatile就可以避免这个问题，那我们在修改代码看看，看看结果是不是符合我们的期望

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public class VolatileTest2 

    public static volatile int count = 0;

    public static void inc() 
        try 
            Thread.sleep(1);
            VolatileTest2.count++;
         catch (InterruptedException e) 
            e.printStackTrace();
        

    

    public static void main(String[] args) 
        for (int i = 0; i < 1000; i++) 
            new Thread(new Runnable() 
                @Override
                public void run() 
                    inc();
                
            ).start();
        
        System.out.println("运行结果:VolatileTest.count=" + VolatileTest2.count);
    

运行结果:VolatileTest.count=963

运行结果还是没有我们期望的1000，下面我们分析一下原因：

java的内存模型中其中有一个内存区域是jvm虚拟机栈，每一个线程运行时都有一个线程栈，线程栈保存了线程运行时候变量值信息。当线程访问某一个对象时候值的时候，首先通过对象的引用找到对应在堆内存的变量的值，然后把堆内存变量的具体值load到线程本地内存中，建立一个变量副本，之后线程就不再和对象在堆内存变量值有任何关系，而是直接修改副本变量的值，在修改完之后的某一个时刻（线程退出之前），自动把线程变量副本的值回写到对象在堆中变量。这样在堆中的对象的值就产生变化了。下面一幅图描述这写交互

read and load 从主存复制变量到当前工作内存
use and assign 执行代码，改变共享变量值
store and write 用工作内存数据刷新主存相关内容其中use and assign 可以多次出现
但是这一些操作并不是原子性，也就是 在read load之后，如果主内存count变量发生修改之后，线程工作内存中的值由于已经加载，不会产生对应的变化，所以计算出来的结果会和预期不一样
对于volatile修饰的变量，jvm虚拟机只是保证从主内存加载到线程工作内存的值是最新的
例如假如线程1，线程2 在进行read,load 操作中，发现主内存中count的值都是5，那么都会加载这个最新的值
在线程1堆count进行修改之后，会write到主内存中，主内存中的count变量就会变为6
线程2由于已经进行read,load操作，在进行运算之后，也会更新主内存count的变量值为6
导致两个线程及时用volatile关键字修改之后，还是会存在并发的情况。

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总结：
volatile保证了可见性，即一个线程修改了inc，那么其他线程在下次读取inc的时候会从内存读取而不是高速缓存。但对于已经读取inc的线程就无能为了了，即没有保证整个读取、修改、回写的原子性。
最后一张线程工作内存的图就说明了不加volatile关键字的情况，如果加了volatile 。JMM就会强制线程读\\写操作直接跟主内存交互，禁用线程工作内存，但是i++这种操作还会有个temp变量作为中间过渡，以致于导致线程不安全

因此。对volatile声明的变量单个调用时保持原子性，复合调用时代码不具备原子性。

class VolatileFeaturesExample 
    volatile long vl = 0L;  //使用volatile声明64位的long型变量

    public void set(long l) 
        vl = l;   //单个volatile变量的写
    

    public void getAndIncrement () 
        vl++;    //复合（多个）volatile变量的读/写
    


    public long get() 
        return vl;   //单个volatile变量的读
    

上述代码在多线程调用时类似下面：

class VolatileFeaturesExample 
    long vl = 0L;               // 64位的long型普通变量

    public synchronized void set(long l)      //对单个的普通 变量的写用同一个监视器同步
        vl = l;
    

    public void getAndIncrement ()  //普通方法调用
        long temp = get();           //调用已同步的读方法
        temp += 1L;                  //普通写操作， <b>这里不具备原子性</b>       
        set(temp);                   //调用已同步的写方法
    
    public synchronized long get() 
    //对单个的普通变量的读用同一个监视器同步
        return vl;