volatile 关键字理解一(保证可见性)

一、概述

        volatile是Java中的关键字,用来修饰会被不同线程访问和修改的变量。

        volatile是Java虚拟机提供的轻量级的同步机制,它有三个特性:

        (1)保证可见性

        (2)不保证原子性

        (3)禁止指令重排

二、特性详解

        volatile保证可见性

        Java内存模型(JMM)定义了一组规则、规范,规定了程序中各个变量的访问方法。JMM关于同步的规定:

        (1)线程解锁前,必须把共享变量的值刷新回主内存;

        (2)线程加锁前,必须读取主内存的最新值同步到自己的工作内存;

        (3)加锁解锁必须是同一把锁;

        说明:由于JVM运行程序的实体是线程,创建每个线程时,JMM会为其创建一个工作内存(也称栈空间),工作内存是每个线程的私有数据区域。

        Java内存模型规定所有变量都存储在主内存,主内存是共享内存区域,所有线程都可以访问。

        但是线程对变量的操作(读取、赋值等)必须在工作内存中进行。因此首先要将变量从主内存拷贝到自己的工作内存,然后对变量进行操作,操作完成后再将变量写会主内存中。

        举例说明:

        (1)火车票卖票系统还剩下一张票,并已经刷入到主内存中:ticketNum = 1;

        (2)此时有3个用户在同时购买票,3个线程都读入了目前的票数,ticketNum=1,那么线程就会继续进入购买流程。

        (3)假设其中一个线程先抢占了CPU资源,先买到票,并将自己的工作内存中的ticketNum值改为0,ticketNum=0,然后再写回到主内存。

        这时,由于一个线程的用户已经买到了票,那么其他用户的线程应该不能再继续进入购买票的流程了,因此需要系统通知到其他线程 ticketNum=0 这个消息。如果可以达到这样的效果,可以理解为 具有可见性

        无可见性代码演示:

@Test
public void test1() {
    DataDemo dataDemo = new DataDemo();
    RunThread runThread = new RunThread(dataDemo);
    runThread.start();
    while (dataDemo.getNumber() == 0) {

    }
    System.out.println("具有可见性验证通过");
}

public class DataDemo {

    private int number = 0;

    public void add() {
        this.number = this.number + 10;
    }

    public int getNumber() {
        return number;
    }
}

public class RunThread extends Thread {

    private DataDemo dataDemo;

    public RunThread(DataDemo dataDemo) {
        this.dataDemo = dataDemo;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("线程[" + Thread.currentThread().getName() + "] 正在执行");
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        dataDemo.add();
        System.out.println("线程[" + Thread.currentThread().getName() + "]更新后,number值为:" + dataDemo.getNumber());
    }
}


执行结果:
线程[Thread-0] 正在执行
线程[Thread-0]更新后,number值为:10

        volatile 关键字理解一(保证可见性)_第1张图片        结果分析:

        可以看出子线程启动后将number值改为了10,虽然已经改为了非0,但是主线程仍然一直处于while循环中,因此此时number不具有可见性,系统不会主动通知主线程number值修改。

        原理说明:

        这个问题其实就是私有堆栈中的值和公共堆栈中的值不同步造成的。解决这样的问题就要使用 volatile 关键字了,它主要的作用就是当线程访问number这个变量时,强制性从公共堆栈中进行取值。

                volatile 关键字理解一(保证可见性)_第2张图片                        

        

        可见性代码演示:

@Test
public void test1() {
    DataDemo dataDemo = new DataDemo();
    RunThread runThread = new RunThread(dataDemo);
    runThread.start();
    while (dataDemo.getNumber() == 0) {

    }
    System.out.println("具有可见性验证通过");
}

public class DataDemo {

    // 给变量 number 添加 volatile 关键字修饰
    volatile private int number = 0;

    public void add() {
        this.number = this.number + 10;
    }

    public int getNumber() {
        return number;
    }
}

public class RunThread extends Thread {

    private DataDemo dataDemo;

    public RunThread(DataDemo dataDemo) {
        this.dataDemo = dataDemo;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("线程[" + Thread.currentThread().getName() + "] 正在执行");
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        dataDemo.add();
        System.out.println("线程[" + Thread.currentThread().getName() + "]更新后,number值为:" + dataDemo.getNumber());
    }
}

执行结果:
线程[Thread-0] 正在执行
线程[Thread-0]更新后,number值为:10
具有可见性验证通过

        结果分析:

        通过对变量number变量添加了volatile关键字修饰,可以看出子线程启动后将number值改为了10,随后主线程跳出了while循环,输出了“具有可见性验证通过”,说明此时number具有可见性。

        原理说明:

        通过使用 volatile 关键字,强制从公共内存中读取变量的值,内存结构如图:

                volatile 关键字理解一(保证可见性)_第3张图片

        由于本人水平有限,本博客可能存在不足和错误在所难免,还请大家多多指正。

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