volatile与Atomic的比较

电玩女神 2022-12-20 12:40 103阅读 0赞

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## 一、volatile：防止重排序，线程可见性，不能保证原子性，非线程安全 ##

volatile关键字是Java中提供的另一种解决可见性和有序性问题的方案。对于原子性，需要强调一点，也是大家容易误解的一点：对volatile变量的单次读/写操作可以保证原子性的，如long和double类型变量，但是并不能保证i++这种操作的原子性，因为本质上i++是读、写两次操作。

## volatile的使用 ##

关于volatile的使用，我们可以通过几个例子来说明其使用方式和场景。

### 防止重排序 ###

现在我们分析一下为什么要在变量上volatile关键字。要理解这个问题，先要了解对象的构造过程，实例化一个对象其实可以分为三个步骤：

*  分配内存空间。
 *  初始化对象。
 *  将内存空间的地址赋值给对应的引用。

但是由于操作系统可以对指令进行重排序，所以上面的过程也可能会变成如下过程：

*  分配内存空间。
 *  将内存空间的地址赋值给对应的引用。
 *  初始化对象

如果是这个流程，多线程环境下就可能将一个未初始化的对象引用暴露出来，从而导致不可预料的结果。因此，为了防止这个过程的重排序，我们需要将变量设置为volatile类型的变量。

### 实现可见性 ###

可见性问题主要指一个线程修改了共享变量值，而另一个线程却看不到。引起可见性问题的主要原因是每个线程拥有自己的一个高速缓存区——线程工作内存。

JMM内存模型的可见性，指的是当主内存区域中的值被某个线程写入更改后，其它线程会马上知晓更改后的值，并重新得到更改后的值。

###  ###

总体上来说volatile的理解还是比较困难的，如果不是特别理解，也不用急，完全理解需要一个过程，在后续的文章中也还会多次看到volatile的使用场景。这里暂且对volatile的基础知识和原来有一个基本的了解。

总体来说，volatile是并发编程中的一种优化，在某些场景下可以代替Synchronized。但是，volatile的不能完全取代Synchronized的位置，只有在一些特殊的场景下，才能适用volatile。总的来说，必须同时满足下面两个条件才能保证在并发环境的线程安全：

*  对变量的写操作不依赖于当前值。
 *  该变量没有包含在具有其他变量的不变式中。

## 为什么不能保证原子性 ##

简单的说，修改volatile变量分为四步：

1）读取volatile变量到local

2）修改变量值

3）local值写回

4）插入内存屏障，即lock指令，让其他线程可见

这样就很容易看出来，前三步都是不安全的，取值和写回之间，不能保证没有其他线程修改。原子性需要锁来保证。

这也就是为什么，volatile只用来保证变量可见性，但不保证原子性

###  二:  Atomic：性能高，轻量，存在ABA问题可以通过添加版本号解决，线程安全 ###

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优点：

按理来说，使用synchroized已经能满足功能需求了。为什么还会有这个类呢？那肯定是性能的问题了。

在JDK1.6之前，synchroized是重量级锁，即操作被锁的变量前就对对象加锁，不管此对象会不会产生资源竞争。这属于悲观锁的一种实现方式。

而CAS会比较内存中对象和当前对象的值是否相同，相同的话才会更新内存中的值，不同的话便会返回失败。这是乐观锁的一中实现方式。这种方式就避免了直接使用内核状态的重量级锁。

Atomic类的缺点

ABA问题：

对于一个旧的变量值A,线程2将A的值改成B又改成可A,此时线程1通过CAS看到A并没有变化，但实际A已经发生了变化，这就是ABA问题。解决这个问题的方法很简单，记录一下变量的版本就可以了

自旋问题：

atomic类会多次尝试CAS操作直至成功或失败，这个过程叫做自旋。通过自旋的过程我们可以看出自旋操作不会将线程挂起，从而避免了内核线程切换，但是自旋的过程也可以看做CPU死循环，会一直占用CPU资源。通过compareAndSet添加版本号便可解决aba问题

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