volatile修饰数组,那么数组元素可见吗?
前言
最近一段时间，在看并发集合的源码，发现了一个非常有趣的现象。我们都知道并发集合，为了保持对其他线程的可见性，通常集合中的方法都会使用CAS、volatile、synchronized、Lock等方式。但是在CopyOnWriteArrayList与ConcurrentHashMap中，对其中的存放数据的数组的操作却截然不同。
CopyOnWriteArrayList
在CopyOnWiteArrayList中有一个用volatile修饰的数组（实际存放数据的数据结构），而获取CopyOnWiteArrayList中的数据直接是调用get(int index)方法。并没有涉及到更多的保持可见性的操作。
private transient volatile Object[] elements;
final Object[] getArray() {
return elements;
}
public E get(int index) {
return get(getArray(), index);
}
private E get(Object[] a, int index) {
return (E) a[index];
}
ConcurrentHashMap
而在ConcurrentHashMap同样是获取用volatile修饰的数组中的元素，却调用的getObjectVolatile来获取数组中的元素。
transient volatile Node[] table;
static final Node tabAt(Node[] tab, int i) {
return (Node)U.getObjectVolatile(tab, ((long)i << ASHIFT) + ABASE);
}
疑惑
我相信大家看到这里，大家和我都有几个疑惑。
在CopyOnWriteArrayList中为什么就直接使用角标获取数组中的元素，而ConcurrentHashMap却调用的是getObjectVolatile方法呢？
假如ConcurrentHashMap通过getObjectVolatile方法获取数组中的元素是正确的（也就是说volatile修饰的数组的引用，数组的元素对其他线程不可见，所以我们要使用getObjectVolatile，来保证数据的可见性），那么CopyOnWriteArrayList简简单单的就直接获取数组中的元素，就能保证可见性了，这是什么神奇的操作？
假如CopyOnWriteArrayList的操作是正确的（也就是volatile修饰数组的时候，其内部数组的元素也是可见的），那么对于ConcurrentHashMap中的getObjectVolatile方法是不是存在着多余呢？
开始实验
到了这里问题的根源，其实就是volatile修饰的数组时，数组的元素是否对其他线程存在着可见性。为了解决这个疑惑，所以我就写了几个例子。
例子1
在例子1中我声明了一个volatile数组arr，然后通过一个线程1修改arr[19]=2，在线程2中判断数组中的arr[19]是否等于2，如果是则跳出循环，并打印。具体例子如下：
public class TestVolatile {
public static volatile long[] arr = new long[20];
public static void main(String[] args) throws Exception {
//线程1
new Thread(new Thread(){
@Override
public void run() {
//Thread A
try {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
arr[19] = 2;
}
}).start();
//线程2
new Thread(new Thread(){
@Override
public void run() {
//Thread B
while (arr[19] != 2) {
}
System.out.println("Jump out of the loop!");
}
}).start();
}
}
运行结果：Jump out of the loop!
WTF!?程序居然跳出循环了！！！！也就是说volatile修饰的数组确实可以保证数组中的元素对其他线程的可见性？难度是Java开发人员不同，每个人的理解不同，所以写出了不同的操作？
那ConcurrentHashMap中的getObjectVolatile方法到底是不是多余的呢？难道是因为ConcurrentHashMap中存储的是对象，所以要再次通过volatile判断？为了验证这个问题，我又写了例子2。
例子2
在例子2中，我将数组修改为Object类型，并创建了Person类，因为Person类（包含名字，年龄）是简单的Java对象，我就没有在例子中声明了。具体例子如下：
public class TestVolatile {
public static volatile Object[] arr = new Object[20];
public static void main(String[] args) throws Exception {
new Thread(new Thread() {
@Override
public void run() {
//线程1
try {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000);
arr[19] = new Person("xixi",12);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
new Thread(new Thread() {
@Override
public void run() {
//线程2
while (true) {
Person p = (Person) arr[19];
if (p!=null&&p.getAge()==12) {
break;
}
}
System.out.println("Jump out of the loop!");
}
}).start();
}
}
运行结果：Jump out of the loop!
从结果来看，也就是说和数组中存储的内容是无关的，不管是基本数据类型，还是对象类型。只要是通过volatile修饰的数组，数组中的元素对其他线程都是可见的，这里为什么ConcurrentHashMap中的getObjectVolatile方法的原因也不得为知。如果大家知道原因的话，希望在博客下方发表您的留言，让大家都知道这个知识点。
例子3
虽然说发现了一个神奇的地方，但是好奇心，又驱使我做了另一个实验。在例子3中，我并没有用volatile变量修饰数组，而是在程序中添加了一个用volatile修饰的变量vol。实际的逻辑和例子1差不多，但是在线程2中我读取了volatile修饰的变量的值。具体例子如下：
public class TestVolatile {
//注意没用volatile修饰数组
public static long[] arr = new long[20];
//这里用volatile修饰另一个变量
public static volatile int vol = 0;
public static void main(String[] args) throws Exception {
//线程1
new Thread(new Thread(){
@Override
public void run() {
try {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000);
arr[19] = 2;
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
//线程2
new Thread(new Thread(){
@Override
public void run() {
while (true) {
//读取vol的值
int i = vol;
if (arr[19] == 2) {
break;
}
}
System.out.println("Jump out of the loop!");
}
}).start();
}
}
运行结果：Jump out of the loop!
WFT!?程序居然又跳出循环了，我并没有用volatile修饰数组，也就是说数组中的元素对其他线程并不是可见的。那么程序居然会跳出循环，什么鬼？？？？
为了解决这个问题，我查阅了相关资料，结果在stackoverflow
找到了我想要的答案。在原文的解答中是这样解释的:
If Thread A reads a volatile variable, then all all variables
visible to Thread A when reading the volatile variable
will also be re-read from main memory.
简单翻译一下，就是当一个线程在读取一个使用volatile修饰的变量的时候，会将该线程中所有使用的变量从主内存中重新读取。
那么也就解释了在例子3中，线程2为什么要跳出循环的原因了。
例子4
但是因为自己手贱，我又写了另一个例子，具体例子如下：
public class TestVolatile {
public static long[] arr = new long[20];
public static boolean flag = false;
public static void main(String[] args) throws Exception {
new Thread(new Thread() {
@Override
public void run() {
//线程1
try {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000);
arr[19] = 2;
flag = true;
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
new Thread(new Thread() {
@Override
public void run() {
//线程2
while (true) {
System.out.println("flag--->" + flag);
if (arr[19] == 2) {
System.out.println("flag in loop--->" + flag);
break;
}
}
System.out.println("Jump out of the loop!");
}
}).start();
}
}
输出结果：
...
flag--->false
flag--->false
flag--->false
flag--->false
flag in loop--->true
Jump out of the loop!
在程序中线程2居然循环了一定次数后，居然跳出循环了。这到底发生了什么事情呢？
针对于例子4，这里我简单的描述一下，在Java内存模型中，当多个线程操作共享变量的时候，线程什么时候将工作内存中的值刷新到主内存的这个时机是不确定的，所以在例子4中会出现循环一定次数后，跳出循环的情况，也就是我们常说的线程安全的问题(也就是出现可见性的问题)。
总结
写这个博客，完全自己一点点的好奇，但是一点一点的，我发现我把自己圈进去了，有可能这就是技术的魅力吧，因为我本身能力也非常有限，有些例子确实无法解释，这里把我的疑问抛出来，希望和大家一起讨论讨论，希望得到大家的帮助。一起得到一个正确的答案。