java 中轻量级volatile同步字段解释

测试账号 2021-01-19 17:14 508阅读 0赞

# 前言： #

最近在整理多线程的一些用法，其中有涉及到 volatile 关键字，没有深入研究，只是简单的验证了一下，这里记录一下心得。

## 一. volatile 是轻量级的 ##

为啥一定要强调轻量级？

1. volatile 只能修饰变量

2. 保证不同线程操作时变量的可见性，即一个线程修改了变量，另一个线程立马可见

3. 不能确保线程同步（这个下面会举例说明）

## 二. 变量可见性验证 ##

几乎所有的博客都会举下面这个例子说明

public class VolatileTest extends Thread {
        boolean flag = false;
        int i = 0;
    
        public void run() {
            while (!flag) {   // 如果为true会马上结束循环
                i++;
            }
        }
    
        public static void main(String[] args) throws Exception {
            VolatileTest vt = new VolatileTest();
            vt.start();
            Thread.sleep(10);
            System.out.println(vt.isAlive());
            vt.flag = true;   //设置为true，意图停止循环
            System.out.println("store:" + vt.i);
            Thread.sleep(10);
            System.out.println(vt.isAlive());
        }
    }

打印一下结果：

true
    store:7517191
    true

进程没有结束，并且陷入死循环，跟想要的结果相去甚远。

这里其实涉及到java内存模型的问题，有点复杂，这里简单说一下结论：

上述代码中的main主线程启动了 vt 线程， vt 线程启动后设置 flag为 false，vt 线程在执行的时候flag值是不会自动更新的（vt.flag 就没有意义了），所以flag一直是false。

public class VolatileTest extends Thread {
        volatile boolean flag = false;
        int i = 0;
    
        public void run() {
            while (!flag) {   // 如果为true会马上结束循环
                i++;
            }
        }
    
        public static void main(String[] args) throws Exception {
            VolatileTest vt = new VolatileTest();
            vt.start();
            Thread.sleep(10);
            System.out.println(vt.isAlive());
            vt.flag = true;   //设置为true，意图停止循环
            System.out.println("store:" + vt.i);
            Thread.sleep(10);
            System.out.println(vt.isAlive());
        }
    }

加上 volatile 关键字以后，线程在使用 flag 的时候会主动去更新值，这样 vt.flag = true 就会生效，vt 线程就退出循环逐步结束，输出结果如下

true
    store:7537387
    false

## 三. volatile 不能确保线程同步 ##

大家可能会觉得，既然 volatile 可以保证变量是及时可见的，那为啥又不能保证线程同步？别急，这里用事实说话

public class VolatileTestSyn {
        public volatile int inc = 0;
    
        public void increase() {
            inc++;
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            final VolatileTestSyn test = new VolatileTestSyn();
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                new Thread() {
                    public void run() {
                        for (int j = 0; j < 1000; j++)
                            test.increase();
                    }
                }.start();
            }
            while (Thread.activeCount() > 2)  //保证前面的线程都执行完
                Thread.yield();
            System.out.println("result:"+test.inc);
        }
    }

打印结果（机器性能高的话可能还是5000，可以适当调大循环次数或线程个数）：

4658

如果线程是同步的，那结果肯定是5000没跑，结果却不是，为啥？

多个线程同时操作 inc，每次取到的 inc 都是计算后写到内存的最新值，按道理不应该出错；**但是**，假如 A 线程启动取得的 inc 是100，这时候 B 线程也启动取得 inc 100；A 线程执行 +1 操作把 101 写到内存，但是这时候 B 线程短暂暂停（注意，B线程已经取得 inc 为 100，B线程不会再更新 inc 了）； C 线程启动获取 inc 为101，执行 +1 操作，并把102 写到内存，而后很快 B 线程也执行了 +1 操作，把 101 写到内存覆盖了 C线程的结果；这时候 D线程启动获取的 inc 是 101........这就解释了为啥上面结果不是 5000。（这块涉及 Java 内存模型，想深究的同学可以研究一下）

所以这时候就需要给 increase() 方法加一个 synchronized ，使得方法在多线程单一持有，再也不会出现上面的问题了。