java中volatile关键字浅析

来源：互联网发布：nginx 与jetty 编辑：程序博客网时间：2024/05/03 18:23

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

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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同,可能为1000
        System.out.println("运行结果:Counter.count=" + Counter.count);
    }
}

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运行结果:Counter.count=995

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

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很多人以为，这个是多线程并发问题，只需要在变量count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

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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同,可能为1000
        System.out.println("运行结果:Counter.count=" + Counter.count);
    }
}

运行结果:Counter.count=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

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

描述这写交互

java volatile1

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count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进行修改之后，会write到主内存中，主内存中的count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count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。

Java中的原子操作包括：
1）除long和double之外的基本类型的赋值操作
2）所有引用reference的赋值操作
3）java.concurrent.Atomic.* 包中所有类的一切操作
count++不是原子操作，是3个原子操作组合
1.读取主存中的count值，赋值给一个局部成员变量tmp
2.tmp+1
3.将tmp赋值给count
可能会出现线程1运行到第2步的时候，tmp值为1；这时CPU调度切换到线程2执行完毕，count值为1；切换到线程1，继续执行第3步，count被赋值为1------------结果就是两个线程执行完毕，count的值只加了1；
还有一点要注意，如果使用AtomicInteger.set(AtomicInteger.get() + 1)，会和上述情况一样有并发问题，要使用AtomicInteger.getAndIncrement()才可以避免并发问题

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备原子性，网上有一段代码：

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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类似下面：

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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;                  //普通写操作， <b>这里不具备原子性</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;
    }
}

i++这种操作还会有个temp变量作为中间过渡，以致于导致线程不安全。推荐看《深入理解java内存模型》系列文章。

volatile保证了可见性，即一个线程修改了inc，那么其他线程在下次读取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。

有人可能有疑问，你延迟2秒再打印就好了，你那个子线程没有执行完，你就去打印了，所以结果打印的不对，你应该等所有的线程执行完毕后打印。有道理，那您正好可以试一试。

最后，推荐两篇比较系统的讲解volatile的文章。

http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920373.html

http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-jtp06197.html

1 0