JUC并发编程——Volatile详解（基于狂神说的学习笔记）

Volatile

Volatile 是Java虚拟机提供的轻量级的同步机制

1、保证可见性

public class JMMDemo {
    // 在num前添加关键字volatile，保证num在所有线程可见，即修改就被通知
    private volatile static int num = 0;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {// 主线程

        new Thread(()->{// 线程1
            while(num == 0){

            }
        }).start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);

        num = 1;
        System.out.println(num);
    }
}

2、不保证原子性

原子性：不可分割的操作

线程A在执行任务的时候，不能被打扰，也不能被分割，要么同时成功，要么同时失败

package Volatile;

// 验证 volatile不保证原子性
public class vDemo02 {

    private volatile static int num = 0;
    public static void add(){
        num++;
    }
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 1; i <= 20; i++) {
            new Thread(()->{
                for (int j  = 0; j < 1000; j++) {
                    add();
                }
            }).start();
        }

        while(Thread.activeCount()>2){
            Thread.yield();
        }

        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+num);
    }
}

以上示例可以说明volatile不保证原子性

我们已经将num声明为volatile，运行结果之后可以发现，num依然小于20000

或许会有笔者忘记了为什么num会小于20000，又为什么小于20000会表明程序没有原子性，我们再来回顾一下，没有忘记的读者可以跳过该部分。

首先，读者需要知道的是，在底层，num++其实并不是一条指令，而是三条指令（感兴趣的小伙伴看图解操作系统），第一步，从内存中读取num的值放到寄存器中，第二步，对寄存器内的值进行+1运算，第三步，将寄存器的值放回到num的地址中。

该实例开启了20条线程。20条线程都在执行同样的操作，即调用add方法1000次，总过加起来有20个1000。而因为线程之间会相互抢占CPU资源，在没有锁(synchronized、lock等)的情况下，会出现以下情况：

此时num=50，线程A进入add方法，将num++；即num=51

但线程A还未写入内存时，便被线程B抢了CPU资源

因为A没有将51写入内存，B看到的num依旧是50，此时他对num++；然后写入内存

然后A又抢到CPU资源，因为A之前的操作停留在num++上，也就是说，它的下一步是将num写入内存（机器很傻，它不会察觉自己手上的num已经发生改变，而是遵循着代码的顺序，执行下一条指令，而num++后的下一条指令为“把num写入内存”）它将自己手上的num，也就是51，又写进内存

因此，A线程与B线程进行了两次num++操作，理应num应该从50变到52，结果只是从50变成51，而在程序中，这种情况可能出现，也可能不会出现，可能在任何时候出现，因此无法预测，每一次运行都是一个全新的结果。

现在理解为何示例不保证原子性了吧，因为它并没有遵循“线程在执行任务的时候不可被打扰，其操作要么全部成功，要么全部失败”，很显然，A线程在执行任务的时候被中断了，num++成功，但写入内存失败。

如何保证线程具有原子性呢？

很简单，使用lock或synchronized锁就好了

但如果不见lock或synchronized锁，怎样保证原子性呢？

使用Atomic**

如：num为integer类型，则使用AtomicInteger

// 验证 volatile不保证原子性
public class vDemo02 {
    // 不保证原子性
    //private volatile static int num = 0;
    // 原子性操作
    private static AtomicInteger num = new AtomicInteger();
    public static void add(){
        // num++;
        num.getAndIncrement(); // CAS计算机底层并发原理，效率极高！！
    }
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 1; i <= 20; i++) {
            new Thread(()->{
                for (int j  = 0; j < 1000; j++) {
                    add();
                }
            }).start();
        }

        while(Thread.activeCount()>2){
            Thread.yield();
        }

        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+num);
    }
}

这些类的底层都是直接与操作系统挂钩，在内存中修改值

3、禁止指令重排

什么是指令重排

你写的程序，计算机并不是按照你写的那样去执行的

源代码=>编译器优化的重排=>指令并行也可能会重排=>内存系统也会重排=>执行

处理器在执行指令重排的时候，会考虑数据之间的依赖性，意图保证程序不出错

但在并发情况下，这种重排可能会产生错误

例如：

a,b,c,d四个值默认都是0

以下是我们开了两个线程，代码顺序为自上往下

线程A	线程B
x=a	y=b
b=1	a=2

正常结果：x=0 y=0

但实际上指令重排后可能会产生如下顺序：

线程A	线程B
b=1	a=2
x=a	y=b

指令重排导致的结果为：x=2 y=1

volatile可以避免指令重排

volatile可以生成内存屏障，内存屏障为CPU指令，作用：

1、保证特定的操作的执行顺序

2、保证某些变量的内存可见性