java中volatile关键字的详解

在java线程并发处理中，有一个关键字volatile的使用目前存在很大的混淆，觉得使用这个关键字，在进行多线程并发处理的时候就能够万事大吉。

Java语言是支持多线程的，为了解决线程并发的问题，在语言内部引入了 同步块 和 volatile 关键字机制。

synchronized 

同步块你们都比较熟悉，经过 synchronized 关键字来实现，全部加上synchronized 修饰的块语句和方法，在多线程访问的时候，同一时刻只能有一个线程可以用

synchronized 修饰的方法 或者 代码块。

volatile

用volatile修饰的变量，线程在每次使用变量的时候，都会读取变量修改后的最的值。volatile很容易被误用，用来进行原子性操做。

下面看一个例子，咱们实现一个计数器，每次线程启动的时候，会调用计数器inc方法，对计数器进行加一

public class Counter {
 
    public static int count = 0;
 
    public static void inc() {
 
        //这里延迟1毫秒，使得结果明显
        try {
            Thread.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
 
        count++;
    }
 
    public static void main(String[] args) {
 
        //同时启动1000个线程，去进行i++计算，看看实际结果
 
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    Counter.inc();
                }
            }).start();
        }
 
        //这里每次运行的值都有可能不一样,可能为1000
        System.out.println("运行结果:Counter.count=" + Counter.count);
    }
}

运行结果:Counter.count=966

实际运算结果每次可能都不同，本机的结果为：运行结果:Counter.count=995，能够看出，在多线程的环境下，Counter.count并无指望结果是1000

不少人觉得，这个是多线程并发问题，只须要在变量count以前加上volatile就能够避免这个问题，那咱们在修改代码看看，看看结果是否是符合咱们的指望

public class Counter {
 
    public volatile static int count = 0;
 
    public static void inc() {
 
        //这里延迟1毫秒，使得结果明显
        try {
            Thread.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
 
        count++;
    }
 
    public static void main(String[] args) {
 
        //同时启动1000个线程，去进行i++计算，看看实际结果
 
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    Counter.inc();
                }
            }).start();
        }
 
        //这里每次运行的值都有可能不一样,可能为1000
        System.out.println("运行结果:Counter.count=" + Counter.count);
    }
}

运行结果:Counter.count=978

运行结果仍是没有咱们指望的1000，下面咱们分析一下缘由

在 java 垃圾回收整理一文中，描述了jvm运行时刻内存的分配。其中有一个内存区域是jvm虚拟机栈，每个线程运行时都有一个线程栈，

线程栈保存了线程运行时候变量值信息。当线程访问某一个对象的值的时候，首先经过对象的引用找到对应在堆内存的变量的值，而后把堆内存

变量的具体值load到线程本地内存中，创建一个变量副本，以后线程就再也不和对象在堆内存变量值有任何关系，而是直接修改副本变量的值，

在修改完以后的某一个时刻（线程退出以前），自动把线程变量副本的值回写到对象在堆中变量。这样在堆中的对象的值就产生变化了。下面一幅图

描述这写交互

read and load 从主存复制变量到当前工做内存
use and assign  执行代码，改变共享变量值 
store and write 用工做内存数据刷新主存相关内容

其中use and assign 能够屡次出现

可是这一些操做并非原子性，也就是 在read load以后，若是主内存count变量发生修改以后，线程工做内存中的值因为已经加载，不会产生对应的变化，因此计算出来的结果会和预期不同

对于volatile修饰的变量，jvm虚拟机只是保证从主内存加载到线程工做内存的值是最新的

例如假如线程1，线程2 在进行read,load 操做中，发现主内存中count的值都是5，那么都会加载这个最新的值

在线程1堆count进行修改以后，会write到主内存中，主内存中的count变量就会变为6

线程2因为已经进行read,load操做，在进行运算以后，也会更新主内存count的变量值为6

致使两个线程即便用volatile关键字修改以后，仍是会存在并发的状况。

volatile保证了可见性，即一个线程修改了inc，那么其余线程在下次读取inc的时候会从内存读取而不是高速缓存。但对于已经读取inc的线程就无能为了了，即没有保证整个读取、修改、回写的原子性。

加锁机制既能够确保可见性又能够确保原子性，而volatile变量只能确保可见性。

经验证volitile是不能保证原子性，代码以下：

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class Test {
    static  class MyObject {
    	
        static  int mycount = 0;
        
        public static  void inc(CountDownLatch latch) {
            MyObject.mycount++;
            latch.countDown();
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) throws Exception{
 
        final CountDownLatch latch=new CountDownLatch(100000);
        for (int i = 0; i < 100000; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
 
                @Override
                public void run() {
                    MyObject.inc(latch);
                }
            }).start();
        }
         
        latch.await();//等待全部工人完成工做 
        System.out.println("运行结果:Counter.count=" + MyObject.mycount);
    }
}

对volatile声明的变量单个调用时保持原子性，复合调用时代码不具有原子性，网上有一段代码：
 

class VolatileFeaturesExample {
    volatile long vl = 0L;  //使用volatile声明64位的long型变量
 
    public void set(long l) {
        vl = l;   //单个volatile变量的写
    }
 
    public void getAndIncrement () {
        vl++;    //复合（多个）volatile变量的读/写
    }
 
 
    public long get() {
        return vl;   //单个volatile变量的读
    }
}

上述代码在多线程调用时相似下面：

class VolatileFeaturesExample {
    long vl = 0L;               // 64位的long型普通变量
 
    public synchronized void set(long l) {     //对单个的普通 变量的写用同一个监视器同步
        vl = l;
    }
 
    public void getAndIncrement () { //普通方法调用
        long temp = get();           //调用已同步的读方法
        temp += 1L;                  //普通写操做， <b>这里不具有原子性</b>       
        set(temp);                   //调用已同步的写方法
    }
    public synchronized long get() {
    //对单个的普通变量的读用同一个监视器同步
        return vl;
    }
}

上面帖子最后一张线程工做内存的图就说明了不加volatile关键字的状况，若是加了volatile JMM就会强制线程读\写操做直接跟主内存交互，禁用线程工做内存，可是i++这种操做还会有个temp变量做为中间过渡，以至于致使线程不安全。