Java并发 - volatile 及其四大特征

刺骨的言语ヽ痛彻心扉 2022-09-07 14:39 44阅读 0赞

线程的三大特性：原子性、有序性、**可见性**。

volatile 是Java虚拟机提供**轻量级的同步机制**，遵循happen-before规则，解决线程可见性的问题，让一个线程对共享变量的修改能够及时让其它线程看到。

对于一个volatile 变量的写操作先行发生于每个后续对该volatile变量的读操作。

## 1、保证可见性 ##

操作的变量发生变化时，能够及时通知正在操作该值的线程。

## 2、不保证原子性 ##

原子性：线程执行任务的时候，不能被打扰，也不能被分割。要么同时成功，要么同时失败。

> 如何证明不保证原子性？

public volatile static int n = 0;
    public void add() { n++;}
    public void test2() { 
        // 开启20个线程，每个线程从0加到1000，按理结果应该为20*1000=20000
        for (int i = 0; i < 20; i++) { 
            new Thread(() -> { 
                for (int j = 0; j < 1000; j++) { 
                    add();
                }
            }).start();
        }
        
        // Java中main线程和gc线程是默认在执行的，
        while (Thread.activeCount() > 2) { 
            Thread.yield();
        }
    	// 能够执行到这里，说明所有的线程一定执行完毕
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " => " + n); // n=19494
    }

执行结果不为期望的 2w，说明执行期间变量 n 被别人占用导致没有加到2w。所以，volatile是不保证原子性的。

> 不使用Lock锁和synchronized关键字如何保证原子性？

分析： n++不是一个原子性操作。在方法 add() 编译后的字节码中，可以看出执行步骤包含：从常量池获取到值，进行加一，放进常量池，返回结果。多线程都可以进来修改，存在线程安全问题。

public void add();
       Code:
          0: getstatic     #5                  // Field n:I
          3: iconst_1
          4: iadd
          5: putstatic     #5                  // Field n:I
          8: return

解决：使用JUC包下的Atomic类来解决原子性问题。

public volatile static AtomicInteger n2 = new AtomicInteger();
    /** * 使用Java原子类(原理是 CAS) */
    public static void addAtomic() { 
        // AtomicInteger 的 +1 操作
        n2.getAndIncrement();
    }
    
    public void test3() { 
        for (int i = 0; i < 20; i++) { 
            new Thread(() -> { 
                for (int j = 0; j < 1000; j++) { 
                    addAtomic();
                }
            }).start();
        }
    
        while (Thread.activeCount() > 2) { 
            Thread.yield();
        }
    
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " => " + n2.get());
    }

## 3、禁止指令重排 ##

> 什么是指令重排？

\[传送门\](./Java - JMM 内存模型.md)

> volatile 禁止指令重排的原因是什么？

进行写入volatile变量值前，加了内存屏障。

> 内存屏障在哪里用的最多？

饿汉式单例模式、DCL懒汉式单例模式。

\[传送门\](./Java - JUC 单例模式.md)

## 4、禁止缓存 ##

volatile 变量的访问控制符会加个 ACC\_VOLATILE