java中关键字volatile的作用

深入解析Java中volatile关键字的作用

分类： Java2014-03-03 13:47 359人阅读 评论(0) 收藏 举报

今天使用到了volatile关键字，之前了解到这个关键字，但是不知道他的具体作用是什么，下面就来详细解释一下他的作用：

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，以为使用这个关键字，在进行多线程并发处理的时候就可以万事大吉。
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(synchronized) 和 volatile 关键字机制。

synchronized 
同步块大家都比较熟悉，通过 synchronized 关键字来实现，所有加上synchronized 和 块语句，在多线程访问的时候，同一时刻只能有一个线程能够用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新的值。volatile很容易被误用，用来进行原子性操作。
下面看一个例子，我们实现一个计数器，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

[java] view plaincopy

1. package com.volatiles.demo;  
2.   
3. public class VolatileTest {  
4.   
5.     private int data = 0;  
6.       
7.     public static void main(String[] args) throws Exception{  
8.           
9.         final VolatileTest obj = new VolatileTest();  
10.         //创建1000个线程对变量data进行加1操作  
11.         for(int i=0;i<1000;i++){  
12.             new Thread(){  
13.                 @Override  
14.                 public void run(){  
15.                     try{  
16.                         Thread.sleep(1);  
17.                         obj.data++;  
18.                     }catch(Exception e){  
19.                         e.printStackTrace();  
20.                     }  
21.                 }  
22.             }.start();  
23.         }  
24.         //打印结果  
25.         System.out.println("data:"+obj.data);  
26.           
27.     }  
28.   
29. }  

运行结果:data:995

实际运算结果每次可能都不一样，本机的结果为：运行结果:data:995，可以看出，在多线程的环境下，data并没有期望结果是1000 

很多人以为，这个是多线程并发问题，只需要在变量data之前加上volatile就可以避免这个问题，那我们在修改代码看看，看看结果是不是符合我们的期望 :
运行结果:data:992

运行结果还是没有我们期望的1000，下面我们分析一下原因

我们都知道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，每一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时候值的时候，首先通过对象的引用找到对应在堆内存的变量的值，然后把堆内存变量的具体值load到线程本地内存中，建立一个变量副本，之后线程就不再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，在修改完之后的某一个时刻（线程退出之前），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

描述这一过程：
read and load  从主存复制变量到当前工作内存
use and assign   执行代码，改变共享变量值 
store and write  用工作内存数据刷新主存相关内容

其中use and assign 可以多次出现
但是这一些操作并不是原子性，也就是 在read load之后，如果主内存data变量发生修改之后，线程工作内存中的值由于已经加载，不会产生对应的变化，所以计算出来的结果会和预期不一样。

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作内存的值是最新的
例如假如线程1，线程2 在进行read,load 操作中，发现主内存中data的值都是5，那么都会加载这个最新的值
在线程1对data进行修改之后，会write到主内存中，主内存中的data变量就会变为6
线程2由于已经进行read,load操作，在进行运算之后，也会更新主内存data的变量值为6
导致两个线程及时用volatile关键字修改之后，还是会存在并发的情况。

在Java内存模型中，有main memory，每个线程也有自己的memory (例如寄存器)。为了性能，一个线程会在自己的memory中保持要访问的变量的副本。这样就会出现同一个变量在某个瞬间，在一个线程的memory中的值可能与另外一个线程memory中的值，或者main memory中的值不一致的情况。 

Volatile一般情况下不能代替sychronized，因为volatile不能保证操作的原子性，即使只是i++，实际上也是由多个原子操作组成：read i; inc; write i，假如多个线程同时执行i++，volatile只能保证他们操作的i是同一块内存，但依然可能出现写入脏数据的情况。如果配合Java 5增加的atomic wrapper classes，对它们的increase之类的操作就不需要sychronized。

 恐怕比较一下volatile和synchronized的不同是最容易解释清楚的。volatile是变量修饰符，而synchronized则作用于一段代码或方法；看如下三句get代码： 

Java代码  

1. int i1;               
2. int geti1() {return i1;}   
3. volatile int i2;   
4. int geti2()  
5. {return i2;}   
6. int i3;                
7. synchronized int geti3() {return i3;}   
8. 　　geti1()  

得到存储在当前线程中i1的数值。多个线程有多个i1变量拷贝，而且这些i1之间可以互不相同。换句话说，另一个线程可能已经改变了它线程内的i1值，而这个值可以和当前线程中的i1值不相同。事实上，Java有个思想叫“主”内存区域，这里存放了变量目前的“准确值”。每个线程可以有它自己的变量拷贝，而这个变量拷贝值可以和“主”内存区域里存放的不同。因此实际上存在一种可能：“主”内存区域里的i1值是1，线程1里的i1值是2，线程2里的i1值是3——这在线程1和线程2都改变了它们各自的i1值，而且这个改变还没来得及传递给“主”内存区域或其他线程时就会发生。 
　　而 geti2()得到的是“主”内存区域的i2数值。用volatile修饰后的变量不允许有不同于“主”内存区域的变量拷贝。换句话说，一个变量经 volatile修饰后在所有线程中必须是同步的；任何线程中改变了它的值，所有其他线程立即获取到了相同的值。理所当然的，volatile修饰的变量存取时比一般变量消耗的资源要多一点，因为线程有它自己的变量拷贝更为高效。 
　　既然volatile关键字已经实现了线程间数据同步，又要 synchronized干什么呢？呵呵，它们之间有两点不同。首先，synchronized获得并释放监视器——如果两个线程使用了同一个对象锁，监视器能强制保证代码块同时只被一个线程所执行——这是众所周知的事实。但是，synchronized也同步内存：事实上，synchronized在“ 主”内存区域同步整个线程的内存。因此，执行geti3()方法做了如下几步： 
1. 线程请求获得监视this对象的对象锁（假设未被锁，否则线程等待直到锁释放） 
2. 线程内存的数据被消除，从“主”内存区域中读入（Java虚拟机能优化此步。。。[后面的不知道怎么表达,汗]） 
3. 代码块被执行 
4. 对于变量的任何改变现在可以安全地写到“主”内存区域中（不过geti3()方法不会改变变量值） 
5. 线程释放监视this对象的对象锁 
　　因此volatile只是在线程内存和“主”内存间同步某个变量的值，而synchronized通过锁定和解锁某个监视器同步所有变量的值。显然synchronized要比volatile消耗更多资源。 

一个变量声明为volatile，就意味着这个变量是随时会被其他线程修改的，因此不能将它cache在线程memory中。