Java并发编程——浅谈volatile关键字
Java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。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，volatile变量不会被缓存在寄存器或者其他处理器不可见的地方，因此在读取volatile类型的变量时总会返回最新的值。
1.volatile关键字的两层语义
一旦一个共享变量（类的成员变量、类的静态成员变量）被volatile修饰之后，那么就具备了两层语义：
1）保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性，即一个线程修改了某个变量的值，这新值对其他线程来说是立即可见的。
2）禁止进行指令重排序。
先看下面一段代码
//线程1
boolean alseep= false;
while(!alseep){
doSomething();
}
//线程2
alseep= true;
这段代码为何有可能导致无法中断线程。在前面已经解释过，每个线程在运行过程中都有自己的工作内存，那么线程1在运行的时候，会将stop变量的值拷贝一份放在自己的工作内存当中。
那么当线程2更改了stop变量的值之后，但是还没来得及写入主存当中，线程2转去做其他事情了，那么线程1由于不知道线程2对stop变量的更改，因此还会一直循环下去。
如果加入volatile修饰，就可以生效
//线程1
volatile boolean alseep= false;
while(!alseep){
doSomething();
}
//线程2
alseep= true;
1：使用volatile关键字会强制将修改的值立即写入主存；
2：使用volatile关键字的话，当线程2进行修改时，会导致线程1的工作内存中缓存变量stop的缓存行无效（反映到硬件层的话，就是CPU的L1或者L2缓存中对应的缓存行无效）；
3：由于线程1的工作内存中缓存变量stop的缓存行无效，所以线程1再次读取变量stop的值时会去主存读取
2.volatile保证原子性吗？
public class Test {
public volatile int inc = 0;
public void increase() {
inc++;
}
public static void main(String[] args) {
final Test test = new Test();
for(int i=0;i<10;i++){
new Thread(){
public void run() {
for(int j=0;j<1000;j++)
test.increase();
};
}.start();
}
//保证前面的线程都执行完
while(Thread.activeCount()>1)
Thread.yield();
System.out.println(test.inc);
}
}
这段程序的输出结果是多少？也许很多朋友认为是10000。但是事实上运行它会发现每次运行结果都不一致，都是一个小于10000的数字。
但是要注意，假如线程1对变量进行读取操作之后，被阻塞了的话，并没有对inc值进行修改。然后虽然volatile能保证线程2对变量inc的值读取是从内存中读取的，但是线程1没有进行修改，所以线程2根本就不会看到修改的值。
根源就在这里，自增操作不是原子性操作，而且volatile也无法保证对变量的任何操作都是原子性的。
把上面的代码改成以下任何一种都可以达到效果：
采用synchronized：
public class Test {
public int inc = 0;
public synchronized void increase() {
inc++;
}
public static void main(String[] args) {
final Test test = new Test();
for(int i=0;i<10;i++){
new Thread(){
public void run() {
for(int j=0;j<1000;j++)
test.increase();
};
}.start();
}
//保证前面的线程都执行完
while(Thread.activeCount()>1)
Thread.yield();
System.out.println(test.inc);
}
}
采用Lock：
public class Test {
public int inc = 0;
Lock lock = new ReentrantLock();
public void increase() {
lock.lock();
try {
inc++;
} finally{
lock.unlock();
}
}
public static void main(String[] args) {
final Test test = new Test();
for(int i=0;i<10;i++){
new Thread(){
public void run() {
for(int j=0;j<1000;j++)
test.increase();
};
}.start();
}
while(Thread.activeCount()>1) //保证前面的线程都执行完
Thread.yield();
System.out.println(test.inc);
}
}
采用原子性操作AtomicInteger：
public class Test {
public AtomicInteger inc = new AtomicInteger();
public void increase() {
inc.getAndIncrement();
}
public static void main(String[] args) {
final Test test = new Test();
for(int i=0;i<10;i++){
new Thread(){
public void run() {
for(int j=0;j<1000;j++)
test.increase();
};
}.start();
}
while(Thread.activeCount()>1) //保证前面的线程都执行完
Thread.yield();
System.out.println(test.inc);
}
}
在java 1.5的java.util.concurrent.atomic包下提供了一些原子操作类，即对基本数据类型的 自增（加1操作），自减（减1操作）、以及加法操作（加一个数），减法操作（减一个数）进行了封装，保证这些操作是原子性操作。
3.volatile能保证有序性吗？
volatile关键字能禁止指令重排序，所以volatile能在一定程度上保证有序性。
volatile关键字禁止指令重排序有两层意思：
1：当程序执行到volatile变量的读操作或者写操作时，在其前面的操作的更改肯定全部已经进行，且结果已经对后面的操作可见；在其后面的操作肯定还没有进行；
2：在进行指令优化时，不能将在对volatile变量访问的语句放在其后面执行，也不能把volatile变量后面的语句放到其前面执行。
4.volatile的原理和实现机制
下面这段话摘自《深入理解Java虚拟机》：
“观察加入volatile关键字和没有加入volatile关键字时所生成的汇编代码发现，加入volatile关键字时，会多出一个lock前缀指令”
lock前缀指令实际上相当于一个内存屏障（也成内存栅栏），内存屏障会提供3个功能：
1：它确保指令重排序时不会把其后面的指令排到内存屏障之前的位置，也不会把前面的指令排到内存屏障的后面；即在执行到内存屏障这句指令时，在它前面的操作已经全部完成；
2：它会强制将对缓存的修改操作立即写入主存；
3：如果是写操作，它会导致其他CPU中对应的缓存行无效。
使用volatile关键字的场景
不要将volatile用在getAndOperate场合（这种场合不原子，需要再加锁），仅仅set或者get的场景是适合volatile的。加锁机制既可以确保可见性又可以确保原子性，而volatile变量只可确保可见性。通常来说，当且仅当满足以下所有条件时。才应该可以使用volatile变量：
1：对变量的写入操作不依赖变量的当前值，或者你能确保只有单个线程更新变量的值。
2：该变量不会与其他状态变量一起纳入不变性的条件中。
3：在访问变量时不需要加锁。