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Java多线程之volatile详解

volatile作用

用volatile修饰的变量,线程在每次使用变量的时候,都会读取变量修改后的最新的值。即每次读取volaile修饰的变量,都会强制性的从公共堆栈中进行取值,而不是从线程私有堆栈中获取。volatile是非线程安全的,最致命的缺点是不支持原子性。

针对多线程使用的变量如果不是volatile或者final修饰的,很有可能产生不可预知的结果(另一个线程修改了这个值,但是之后在某线程看到的是修改之前的值)。其实道理上讲同一实例的同一属性本身只有一个副本,但是多线程是会缓存值的,本质上,volatile就是不去缓存,直接取值。在线程安全的情况下加volatile会牺牲性能。

一个例子

先来看一段代码:

public class Main {
    public static int count = 0;

    public static void inc() {
        //这里延迟1毫秒,使得结果明显
        try {
            Thread.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
        }

        count++;
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //同时启动1000个线程,去进行i++计算,看看实际结果
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    Main.inc();
                }
            }).start();
        }

        //这里每次运行的值都有可能不同,可能为1000
        System.out.println("运行结果:Counter.count=" + Main.count);
    }
}

运行结果:Counter.count=938

实际运行结果每次可能不一样。可以看出,在多线程情况下,得到的结果并不是我们想要的1000。很多人认为在count前面加volatile,就可以确保得到我们预期值,试试看:

运行结果:Counter.count=459
发现结果还是一样,并不是我们预期的。

剖析

多线程的内存模型:main memory(主存)、working memory(线程栈),在处理数据时,线程会把值从主存load到本地栈,建立一个变量副本,在完成操作后再save回去。
Java多线程之volatile详解

这一些操作并不是原子性,也就是 在read load之后,如果主内存count变量发生修改之后,线程工作内存中的值由于已经加载,不会产生对应的变化,所以计算出来的结果会和预期不一样。

对于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

例如假如线程1,线程2 在进行read,load 操作中,发现主内存中count的值都是5,那么都会加载这个最新的值。在线程1堆count进行修改之后,会write到主内存中,主内存中的count变量就会变为6。线程2由于已经进行read,load操作,在进行运算之后,也会更新主内存count的变量值为6

多线程在对volatile变量修改之后,还是会存在并发的情况。用volatile修饰的变量,在线程每次调用的时候,都会从主存取,操作完以后都会同步保存到主存!!!

再看一个例子

public class Main {
    class VisibilityTest extends Thread {
        private boolean stop;
        public void run() {
            int i = 0;
            while(!stop) {
                i++;
            }
            System.out.println("finish loop;i=" + i);
        }

        public void stoplt() {
            stop = true;
        }

        public boolean getStop() {
            return stop;
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Main main = new Main();
        VisibilityTest v = main.new VisibilityTest();
        v.start();

        Thread.sleep(1000);
        v.stoplt();
        Thread.sleep(2000);
        System.out.println("finish main");
        System.out.println(v.getStop());
    }
}

运行以上代码,会发现其实结束不了线程的,程序会一直在进行i++,这和我们预想的不一样。因为,stop变量在线程启动的时候只会进行一次while(!stop)判断,当main所处的线程对这个变量进行修改的时候,它是视而不见的。

修正如下:变量stop添加一个属性volatile

这样线程每次读取到这个变量的时候,就会去主存获取到最新的值

使用场景

volatile的使用场景如下:

  • 只有一个线程写,多个线程读的时候

  • volatile变量的变化很固定



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