volatile的又一些理解

曾经终败给现在 2022-12-20 05:41 134阅读 0赞

#                                                   Java的线程开发之volatile关键字的又一些理解 #

提到java中的volatile，大家肯定会说，这个关键字啊，用它来修饰的变量对其他的线程是立即可见的。哈哈，不错不错，这个关键字的确具备这个功能，但是如果说基于volatile变量的运算在并发下是线程安全的，那么这句话就有待商榷了。

“从物理存储的角度看，各个线程的工作内存中volatile变量也可以存在不一致的情况，但由于每次使用之前都要先刷新，执行引擎看不到不一致的情况，因此可以认为不存在一致性问题，但是java里面的运算操作符并非原子性，这导致volatile变量的运算在并发下一样是不安全的。”

package com.xh.lesson;
    
    public class VolatileTest {
        public static volatile int race = 0;
    
        public static void increase(){
            race++;
        }
        private static final int THREADS_COUNT = 20;
    
        public static void main(String[] args) {
            Thread[] threads = new Thread[THREADS_COUNT];
            for (int i = 0; i < THREADS_COUNT; i++) {
                threads[i] = new Thread(new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        for (int j = 0; j <10000 ; j++) {
                            increase();
                        }
                    }
                });
                threads[i].start();
            }
            while (Thread.activeCount()>2) {
                Thread.yield();
            }
            System.out.println(race);
        }
    
    }

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![20201110213550637.png][]![20201110213657777.png][]![20201110213723205.png][]

上面的这段代码发起了20个线程，每个线程对race变量进行10000次自增操作，如果这段代码能够正常并发的话，最后输出的结果应该是200000.

看到这里，有些读者可能会有些疑问了，代码下面的那张大图的运行结果不就是200000吗，下面的几张小图都小于200000.

说实话，当我第二次运行代码时出现了这个结果也令我很吃惊（当时我就觉得我TM是不是就是传说中的天选之子！！），因为我之后有运行了几十次，发现每次都是小于200000的，我就又觉得我啥也不是了==。

好了，言归正传，下面我们来看一下使用Javap反编译这段代码后得到的代码清单

public static void increase();
        Code:
            Stack=2,Locals=0,Args_size=0
            0: getstatic
            3:iconst_1
            4:iadd
            5:putstatic
            8:return
        LineNumberTable:
            line 14: 0 
            line 15: 8

从字节码层面上分析：当getstatic指令把race的值取到操作栈顶时，volatile关键字保证了race的值在此时是正确的，但是在执行iconst\_1、iadd这些指令的时候，其他线程可能已经把race的值改变了，而操作栈顶的值就变成了过期的数据，所以putstatic指令执行后就可能把较小的race值同步回主内存中。

这样分析下来，上面等于200000的情况是说明每个线程对race变量执行指令的时候，其他的线程都未改变race的值。由此看来，说我是天选之子也不为过嘛！

还有一点，使用字节码来分析并发问题仍然是不严谨的，因为即使编译出来只有一跳字节码指令，也并不意味执行这条指令就是毅哥原子操作。一条字节码指令在解释执行时，解释器都要运行许多行代码才能实现它的语义。如果是编译执行，一条字节码指令也可能转化成若干条本地机器码指令。此处使用-XX:+ PrintAssembly 参数输出反汇编来分析才会更加严谨一些。

由于volatile变量只能保证可见性，在不符合一下两条规则的运算场景中，我们仍然要通过加锁（使用synchronized、java.util.concurrent中的锁或原子类）来保证原子性：

1、运算结果并不依赖变量的当前值，或者能够确保只有单一的线程修改变量的值。

2、变量不需要与其他的状态变量共同参与不变约束。

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还是上面那个代码，在increase()方法上添加 synchronized 关键字即可保证原子性。

以上摘录至《深入理解Java虚拟机》，想要学习JVM的值得一读！

后续还会更新！

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