volatile关键字与内存可见性

Posted 2020-08-31 爱编程真是太好了

前言

首先，我们使用多线程的目的在于提高程序的效率，但是如果使用不当，不仅不能提高效率，反而会使程序的性能更低，因为多线程涉及到线程之间的调度、CPU上下文的切换以及包括线程的创建、销毁和同步等等，开销比单线程大，因此需谨慎使用多线程。

在jdk1.5以后，提供了一个强大的java.util.concurrent包，这个包中提供了大量的应用于线程的工具类。

下面开始介绍volatile关键字和内存可见性，虽然volatile是在jdk1.5之前就有的，但还是想放在这里讲一下。

举例说明

首先，我们先看一段小程序。

 1 package com.ccfdod.juc;
 2 
 3 public class TestVolatile {
 4     public static void main(String[] args) {
 5         ThreadDemo td = new ThreadDemo();
 6         new Thread(td).start();
 7         
 8         while(true) {
 9             if (td.isFlag()) {
10                 System.out.println("--------------");
11                 break;
12             }
13         }
14     }
15 }
16 
17 class ThreadDemo implements Runnable {
18     private boolean flag = false;
19 
20     @Override
21     public void run() {
22         try {
23             Thread.sleep(200);
24         } catch (InterruptedException e) {
25             e.printStackTrace();
26         }
27         flag = true;
28         System.out.println("flag = " + isFlag());
29     }
30 
31     public boolean isFlag() {
32         return flag;
33     }
34 
35     public void setFlag(boolean flag) {
36         this.flag = flag;
37     }
38 }

程序运行结果：

flag = true

并且程序不会停止。

按理来说，应该会在td线程修改flag值后，主线程会打印出“--------------”，但是为什么没有出现预期效果呢？下面来分析这段程序，涉及到内存可见性问题。

内存可见性问题

当程序运行时，JVM会为每一个执行任务的线程分配一个独立的缓存空间，用于提高效率。

不难理解，程序开始执行时，由于线程td修改flag操作之前，sleep了200ms，td线程和main线程获取到的flag都为false，但为什么td线程将flag改为true后，main线程没有打印出“--------------”呢？原因在于：while(true)是执行效率很高，使得main线程没有时间再次从主存中获取flag的值，因此程序在td线程将flag修改为true后，没有停止运行的原因。其实在while(true)后面稍微延迟一点（比如说，打印一句话），都会使main线程将主存中的flag=true读取。

产生这种情况的原因就在于，两个线程在操作共享数据时，对共享数据的操作是彼此不可见的。

那么为了不让这种问题出现，怎么解决呢？

一、使用synchronized同步锁

while(true) {
    synchronized (td) {
        if (td.isFlag()) {
            System.out.println("--------------");
            break;        
        }
    }
}

使用synchronized同步锁能保证数据的及时更新。但是效率太低。

二、使用volatile关键字

当多个线程进行操作共享数据时，可以保证内存中的数据可见。底层原理：内存栅栏。使用volatile关键字修饰时，可理解为对数据的操作都在主存中进行。

private volatile boolean flag = false;

相较于synchronized是一种较为轻量级的同步策略。

注意：

• volatile不具备“互斥性”
• volatile不能保证变量的“原子性”

关于“原子性”的问题将在下一篇博客中讨论。