volatile关键字

Java语言支持多线程,为了解决线程并发的问题,在语言内部引入了同步块synchronized和volatile关键字机制。在java线程并发处理中,关键字volatile比较少用,原因是:一、JDK1.5之前该关键字在不同的操作系统上有不同的表现,所带来是问题就是移植性差,二、是设计困难,而且误用较多。

synchronized

同步块,通过 synchronized 关键字来实现,所有加上synchronized 和块语句,在多线程访问的时候,同一时刻只能有一个线程能够用synchronized修饰的方法 或者 代码块。

volatile

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。volatile很容易被误用,用来进行原子性操作,它不能保证多个线程修改的安全性。

这个关键字,还保证Java指令代码不被虚拟机重排。

示例

下面使用一个例子来说明这个特性。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
public class NovolatileCounter {
public static int count = 0;

/**
* 自增运算,每次自增1
*/
public static void increase() {

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

count++;
}

public static void main(String[] args) {

// 启动1000个线程,去进行自增运算
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
NovolatileCounter.increase();
}
}).start();
}

//这里延迟10毫秒,使得所有线程都执行完毕
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}

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

image

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
public class VolatileCounter {
public static volatile int count = 0;

/**
* 自增运算,每次自增1
*/
public static void increase() {

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

count++;
}

public static void main(String[] args) {

// 启动1000个线程,去进行自增运算
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
VolatileCounter.increase();
}
}).start();
}

//这里延迟10毫秒,使得所有线程都执行完毕
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}

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

image

运行结果依然不是期望的1000,下面分析一下原因

image

从上图可以看到,对于一般变量的访问,线程在初始化时从主内存中加载所需要的变量值到工作内存中,然后在线程运行时,如果读取,则直接从工作内存中读取,如果需要写入则先写入到工作内存中,之后在刷新到主内存中,但是这样的结构在多线程的情况下可能会出现问题。

如果A线程修改了变量的值,也刷新到主内存中去,但是B,C线程在此时间内读取的还是本线程的工作内存,也就是说读取的不是最新鲜的值,此时就出现了不同线程持有公共资源不同步的情况,可以使用synchronized同步代码块,也可以使用Lock锁来解决。

Java可以使用volatile关键字,确保每个线程对本地变量的访问和修改都直接与主内存交互,而不是与本地线程的工作内存交互的,保证每个线程都能获得最新的值。volatile变量的只剩如下图所示。

image

由上图可以看出,volatile变量的读写是分开进行的,如一个线程A读取了一个volatile变量,并且修改了这个变量,在修改的值写回主内存前,另一个线程B也读取了volatile变量,则B线程读取到的是原来的值,会造成数据的不一致。由此可以说明,volatile变量关键字并不能保证线程安全,它只能保证当线程需要该变量的值时,能够获得最近被修改的值,而不能保证多个线程的安全性。