线程安全与volatile关键字

volatile关键字，语义有二：

1. volatile修饰的变量对于其余线程具备当即可见性
2. 禁止指令重排序

下面进行详细介绍，并聊聊Java先行发生原则与volatile。

volatile修饰的变量对于其余线程具备当即可见性

即被volatile修饰的变量值发生变化时，其余线程能够立马感知。而对于普通变量，值发生变化后，须要通过store、write过程将变量从当前线程的工做内存写入主内存，其余线程再从主内存经过read、load将变量同步到本身的工做内存，因为以上流程时间上的影响，可能会致使线程的不安全。

固然要说使用volatile修饰过的变量是线程安全的，也不全对。由于volatile是要分场景来讲的：若是多个线程操做volatile修饰的变量，且此时的“操做”是原子性的，那么是线程安全的，不然不是。如：

volatile int i=0;

线程1执行： for(;i++;i<100);

线程2执行： for(;i++;i<100); 
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最后 i 的结果不必定会是200（即线程不安全），由于i++操做不是原子性操做，它涉及到了三个子操做：从主内存取出i、i+一、将结果同步回主内存。那么就有可能一个线程拿到值，正开始执行i+1，而值还将来得及改变时，另外一个线程也一样正在进行i+1。这样一来，就有可能两个线程给同一个值加了一次1，因此就算有volatile修饰也是无力回天。

这时，咱们应该使用synchronize或concurrent原子类来保证“操做”的原子性。固然“一写多读”是线程安全的，由于不涉及到多个线程来“写”，致使的值重复写入问题。故volatile的使用场景应该是：修饰的变量的有关操做都是原子性的时候。好比修饰一个控制标志位：

volatile boolean tag=true;

线程1 while(tag){};

线程2 while(tag){};
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当tag=false时，两个线程都能立刻感知到并中止while循环，由于简单的赋值语句属于原子操做（请注意是：赋予具体的值而不是变量），它只负责把主内存的tag同步为true。

能实现可见性的关键字除了volatile，还有synchronize与final：

• synchronize是由于变量执行解锁操做前，会把变量同步到主内存（自带可见性）；

• final则是被其修饰的变量一旦初始化，且构造器没有把this引用传递到外面去的状况下，其余线程就能够看见它的值（由于它永不发生变化）。

禁止指令重排序

new一个对象能够分解为以下的3行伪代码

memory=allocate(); //1:分配对象的内存空间

ctorInstance(memory); //2:初始化对象

instance=memory; //3:设置instance指向刚分配的内存地址
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上面三行代码中的2和3之间，可能会被重排序（在一些JIT编译器上，这种重排序是真实发生的）。2和3之间重排序以后的执行顺序可能以下：

memory=allocate(); //1:分配对象的内存空间

instance=memory; //3:设置instance指向刚分配的内存地址，注意此时对象尚未被初始化

ctorInstance(memory); //2:初始化对象
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若是发生重排序，另外一个并发执行的线程B就有可能在还没初始化对象操做前就拿走了instance，但此时这个对象可能尚未被线程真正初始化，所以这是线程不安全的。

“Java先行发生原则”与valatile

Java先行发生原则：

1. 程序次序规则：在一个线程内，按照程序代码顺序（准确说应是控制流顺序），先写的先发生，后写的后发生。

2. 管程锁定规则：一个解锁操做先于后面对该锁的锁定操做。

3. volatile变量规则：对一个volatile变量的写操做先行发生于后面对这个变量的读操做。

4. 线程启动规则：线程对象的start()方法先行发生于此线程的每个动做。

5. 线程终止规则：线程的全部操做都先于此线程的终止检测。

6. 线程中断规则：对线程interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生。可经过Thread.interrupted()方法检测是否会有中断将发生。

7. 对象终结规则：一个对象的初始化发生先行于它的finalize()方法的开始。

8. 传递性：若是操做A先于B，B先于C，那么A先于C。

例：

private int value=0;

public void setValue(int value){
	this.value=value; 
}

public int getValue(){
	return this.value;
}
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若是线程1调用setValue(1)方法，线程2调用getValue()，那么获得的value是0仍是1呢，这是不肯定的。由于它不知足上面的先行发生原则：

• 由于不是在一个线程，因此不符合程序次序规则
• 由于没有同步块，也就不存在加锁和解锁，所以也不符合管程锁定规则
• 没有volatile修饰，也就不存在volatile变量规则
• 固然更没有后面的线程相关规则和传递性可言。

针对此，可作如下修改：

• 将上面的setter、getter方法都用synchronize修饰，使其知足管程锁定规则；
• 使用volatile修饰，由于setValue()是基本的赋值操做，属于原子操做，所以符合volatile的使用场景。

总结

1. 线程安全通常至少须要两个特性：原子性和可见性。

2. synchronize是具备原子性和可见性的，因此若是使用了synchronize修饰的操做，那么就自带了可见性，也就再也不须要volatile来保证可见性了。

3. 若想实现线程安全的数字的自增自减等操做，也可以使用java.util.concurrent.atomic包来进行无锁的原子性操做。在其底层实现中，如AtomicInteger，一样是：

   • 使用了volatile来保证可见性

   • 使用Unsafe调用native本地方法CAS，CAS采用总线加锁或缓存加锁方式来保证原子性。

参考：

（Java并发编程：volatile关键字解析）www.importnew.com/18126.html

《深刻理解Java虚拟机:JVM高级特性与最佳实践》