关键字volatile的使用

痛定思痛。 2022-05-19 10:21 186阅读 0赞

关键字volatile的作用主要有两个。

## 1.关键字volatile使变量在多个线程间可见 ##

Java内存模型分为工作内存和主内存。工作内存是线程的私有堆栈，主内存是所有线程共享的公共堆栈。根据Java的内存的内存模型，一个变量会存在公共堆栈和线程的私有堆栈中。每次变量的最新值都是公共变量的值，不使用volitale时取得的可能是私有堆栈中的值，私有堆栈的值在读取之前需要和公共堆栈的值进行同步，如果读取私有堆栈值的时候私有堆栈值还没有和公共堆栈值同步，那么从私有堆栈中取得的值就是过期的值，这时就会发生读取数据不一致的问题。

为了解决这个问题，可以给待访问的变量加上volatile关键字。当线程访问一个变量时，如果该变量使用volatile关键字，那么JVM就会强制从公共堆栈中取得变量的值，而不是从线程私有数据栈中取得变量的值。volatile关键字解决线程私有堆栈中数据和公共堆栈中的数据不同步的问题。

volatile的用法就在是要访问的变量的前面加一个volatile关键字修饰，如：

volatile private boolean isRunning = true;

不使用volitale关键字和使用volitale关键字读取变量时，从内存中获取数据的方式的变化如图：

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图（1）不使用使用volitale关键字读取变量

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图（2）使用volitale关键字读取变量

使用volatile关键字增加了实例变量在多个线程间的可见性。但volitale关键字最致命的缺点是不支持原子性。

**synchronized关键字和volitale关键字的对比：**

（1）关键字volatile是线程同步的轻量级实现，所以volatile比synchronized要好。

（2）volatile只能修饰变量，synchronized可以修饰方法，以及代码块。

（3）多线程访问volatile不会发生阻塞，而synchronized会出现阻塞。

（4）线程安全包含原子性和可见性两个方面。Java的同步机制都是围绕着两个方面来确保线程安全的。

**volatile关键字**解决的是变量在多个线程之间的可见性，**保证可见性**，但不具备同步性，**不能保证原子性**；synchronized关键字解决的是多个线程之间访问资源的同步性，**synchronized保证原子性，也可以间接保证可见性**，因为它会将私有内存和公共内存中的数据做同步。

## 2.关于i++操作 ##

### （1）使用volatile关键字进行i++操作 ###

关键字volatile的第二个作用是防止指令重排序。那么什么是指令重排序呢？

关键字volatile提示线程每次从共享内存中读取变量，而不是从私有内存中读取，这样就保证了同步数据的可见性。但在这里需要注意的是：如果修改实例变量中的数据，比如java中简单的一句i++操作，也就是i=i+1，这样的操作其实并不是一个原子操作，也就是非线程安全的。 i++会被编译器编译成如下JVM指令：

<1>从内存中取出i的值。

<2>计算i+1的值。

<3>将计算之后的i的值写到内存中。

但是这些指令顺序并非一成不变，JVM编译器有可能会对这些指令进行指令重排，经过JVM和CPU的优化，指令重排成下面的顺序：

<1>从内存中取出i的值。

<2>将计算之后的i的值写到内存中。

<3>计算i+1的值。

这个时候如果多个线程执行I++操作或一个线程执行多次i++操作，都会造成执行结果不一致的现象，而且执行结果总是小鱼等于正确结果。

为了避免这一情况，就可以在声明变量i的时候在变量i的前面加上volatile关键字。加上关键字之后再执行i++，就会按照<1><2><3>的顺序执行，就不会出现乱序，导致对变量值的操作出错了。

### （2）使用synchronized关键字进行i++操作 ###

还是进行i++操作，从上面我们知道i++操作会被分解为如下指令：

<1>从内存中取出i的值。

<2>计算i+1的值。

<3>将计算之后的i的值写到内存中。

假如在第2步计算值的时候，另一个线程也在修改i的值，那么这个时候就会出现脏数据。解决的办法就是使用synchronized关键字，这在[线程安全][Link 1]中已经介绍过了。所以volatile关键字本身并不处理数据的原子性，而是强制让数据的读写及时影响到主内存。

对于用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。也就是说，volatile关键字解决的是变量从主内存读到线程私有内存的可见性问题。但是**无法保证**一个线程在读取主内存的过程中，主内存的读取的这个值在这个时候也正好由其他的线程执行了进一步的操作比如赋值操作，这个读取的数据的值在读取的过程中发生了改变，那么新的改变后的数据值对读取的线程可见，也就是无法保证这个刚刚读取到的值不会过时；无法保证原子性，因此对于多个线程访问同一个实例变量还是需要加锁同步。

### （3）使用原子类进行i++操作 ###

i++操作除了可以使用synchronized关键字实现同步外，还可以使用AtomicInteger关键字实现同步。

原子操作是不能分割的整体，没有其他线程能够中断或检查正在原子操作中的变量。一个原子（atomic）类型就是一个原子操作可用的类型，它可以在没有锁的情况下做到线程安全（thread-safe）。

参考《Java多线程编程核心技术》---高洪岩（Chapter2 2.3）

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[70 1]: /images/20220519/d46db923a1f3472093e720601e8ae4d0.png
[Link 1]: https://blog.csdn.net/kongmin_123/article/details/81183601