Java多线程系列——volatile关键字
一：volatite 简述
Java 语言提供了一种稍弱的同步机制,即 volatile 变量.用来确保将变量的更新操作通知到其他线程,保证了新值能立即同步到主内存,以及每次使用前立即从主内存刷新. 当把变量声明为volatile类型后,编译器与运行时都会注意到这个变量是共享的.
在多处理器的CPU架构下，因为每个处理器都有自己的缓存，线程访问变量的时候会读取缓存，多个线程读取的缓存不一样会导致每个线程得到的值不一样。使用该关键字的效果是：
- 处理器将缓存写回到内存
- 处理器将缓存写回到内存的时候会导致其他处理器的内存失效
作用
- 保证可见性，Java内存模型（JMM）确保所有线程看到的这个变量的值是一致的
- 只保证简单操作的原子性(保证变量简单赋值操作的原子性，如：temp = 1，不保证复杂操作的原子性，如：temp++)
内存语义（就是内存会做的操作）
- 写：当写一个volatile的变量时，JMM把该线程对应的本地缓存中的共享变量刷新到主内存
- 读：当读一个volatile变量时，JMM把该线程对应的本地缓存置为无效，线程接下来将从主存中读取共享变量
问题：上面提到的刷新操作是对这个本地内存刷新，还是只刷新volatile变量？
解答：是刷新整个本地缓存，包括其他共享变量
二：volatile关键字的可见性
要想理解volatile关键字，得先了解下JAVA的内存模型，Java内存模型的抽象示意图如下：
从图中可以看出：
①每个线程都有一个自己的本地内存空间–线程栈空间，线程执行时，先把变量从主内存读取到线程自己的本地内存空间，然后再对该变量进行操作
②对该变量操作完后，在某个时间再把变量刷新回主内存
因此，就存在内存可见性问题，看一个示例程序：
public class RunThread extends Thread {
private boolean isRunning = true;
public boolean isRunning() {
return isRunning;
}
public void setRunning(boolean isRunning) {
this.isRunning = isRunning;
}
@Override
public void run() {
System.out.println("进入到run方法中了");
while (isRunning == true) {
}
System.out.println("线程执行完成了");
}
}
public class Run {
public static void main(String[] args) {
try {
RunThread thread = new RunThread();
thread.start();
Thread.sleep(1000);
thread.setRunning(false);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}main线程 将启动的线程RunThread中的共享变量设置为false，从而想让RunThread.java 第14行中的while循环结束。
如果，我们使用JVM -server参数执行该程序时，RunThread线程并不会终止！从而出现了死循环！！
原因分析：
现在有两个线程，一个是main线程，另一个是RunThread。它们都试图修改 第三行的 isRunning变量。按照JVM内存模型，main线程将isRunning读取到本地线程内存空间，修改后，再刷新回主内存。
而在JVM 设置成 -server模式运行程序时，线程会一直在私有堆栈中读取isRunning变量。因此，RunThread线程无法读到main线程改变的isRunning变量
从而出现了死循环，导致RunThread无法终止。这种情形，在《Effective JAVA》中，将之称为“活性失败”
解决方法，在第三行代码处用 volatile 关键字修饰即可。这里，它强制线程从主内存中取 volatile修饰的变量。
volatile private boolean isRunning = true;扩展一下，当多个线程之间需要根据某个条件确定 哪个线程可以执行时，要确保这个条件在 线程 之间是可见的。因此，可以用volatile修饰。
综上，volatile关键字的作用是：使变量在多个线程间可见（可见性）
三：volatile关键字的非原子性
所谓原子性，就是某系列的操作步骤要么全部执行，要么都不执行。
比如，变量的自增操作 i++，分三个步骤：
①从内存中读取出变量 i 的值
②将 i 的值加1
③将 加1 后的值写回内存
这说明 i++ 并不是一个原子操作。因为，它分成了三步，有可能当某个线程执行到了第②时被中断了，那么就意味着只执行了其中的两个步骤，没有全部执行。
关于volatile的非原子性，看个示例：
public class MyThread extends Thread {
public volatile static int count;
private static void addCount() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
count++;
}
System.out.println("count=" + count);
}
@Override
public void run() {
addCount();
}
}
public class Run {
public static void main(String[] args) {
MyThread[] mythreadArray = new MyThread[100];
for (int i = 0; i < 100; i++) {
mythreadArray[i] = new MyThread();
}
for (int i = 0; i < 100; i++) {
mythreadArray[i].start();
}
}
}MyThread类第2行，count变量使用volatile修饰
Run.java 第20行 for循环中创建了100个线程，第25行将这100个线程启动去执行 addCount()，每个线程执行100次加1
期望的正确的结果应该是 100*100=10000，但是，实际上count并没有达到10000
原因是：volatile修饰的变量并不保证对它的操作（自增）具有原子性。（对于自增操作，可以使用JAVA的原子类AutoicInteger类保证原子自增）
比如，假设 i 自增到 5，线程A从主内存中读取i，值为5，将它存储到自己的线程空间中，执行加1操作，值为6。此时，CPU切换到线程B执行，从主从内存中读取变量i的值。由于线程A还没有来得及将加1后的结果写回到主内存，线程B就已经从主内存中读取了i，因此，线程B读到的变量 i 值还是5
相当于线程B读取的是已经过时的数据了，从而导致线程不安全性。这种情形在《Effective JAVA》中称之为“安全性失败”
综上，仅靠volatile不能保证线程的安全性。（原子性）
四：volatile 与 synchronized 的比较
volatile主要用在多个线程感知实例变量被更改了场合，从而使得各个线程获得最新的值。它强制线程每次从主内存中讲到变量，而不是从线程的私有内存中读取变量，从而保证了数据的可见性。
关于synchronized，可参考：JAVA多线程之Synchronized关键字–对象锁的特点
比较：
- volatile是线程同步的轻量级实现，所以性能要比synchronized要好，并且volatile只修饰于变量，而synchronized可以修饰方法以及代码块。并且jdk新版本的发布，synchronized关键字在执行效率上得到很大提升，在开发中使用synchronized关键字的比率还是比较大的。
- volatile只能保证数据的可见性，不能用来同步，多线程访问volatile不会发生阻塞，而synchronized会出现阻塞。
- volatile能保证数据的可见性，但是不能保证原子性；而synchronized可以保证原子性，也可以间接的保证可见性，因为它将私有内存和公共内存中的数据做同步。只有获得了锁的线程才能进入临界区，从而保证临界区中的所有语句都全部执行。多个线程争抢synchronized锁对象时，会出现阻塞。
- volatile解决的是变量在多个线程之间的可见性，而synchronized解决的是多个线程之间访问资源的同步性。java的同步机制都是围绕原子性和可见性两个方面来确保线程安全的。
五：线程安全性
线程安全性包括两个方面，①可见性。②原子性。
从上面自增的例子中可以看出：仅仅使用volatile并不能保证线程安全性。而synchronized则可实现线程的安全性。
转载： https://www.cnblogs.com/hapjin/p/5492880.html