Java多线程volatile原理及用法解析
投稿：yaominghui
首先volatile有两大功能：
保证线程可见性
禁止指令重排序
1、保证线程可见性
首先我们来看这样一个程序，其中不加volatile关键字运行的结果截然不同，加上volatile程序能够正常结束，不加则程序进入死循环；
package com.designmodal.design.juc01;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
* @author D-L
* @Classname T001_volatile
* @Version 1.0
* @Description volatile 保证线程的可见性
* @Date 2020/7/19 17:30
*/
public class T001_volatile {
//定义一个变量running
volatile boolean running = true;
public void m(){
while(running){
//TODO 不做任何的处理
System.out.println("while is running When can I stop -------------");
}
System.out.println("method is end ---------------");
}
public static void main(String[] args) {
T001_volatile t001_volatile = new T001_volatile();
new Thread(t001_volatile::m , "Thread t1").start();
//停一秒
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//修改running的值
t001_volatile.running = false;
}
}
通过上面的小程序说明volatile是具有保证线程之间的可见性的功能的，具体是如何实现的呢？下面给大家解释一下：
之前在上一篇讲synchronized时提到了 堆内存是线程共享的，而线程在工作时有自己的工作内存，对于共享变量running来说，线程1和线程2在运行的时候先把running变量copy到自己工作内存，对这个变量的改变都是在自己的工作内存中，并不会直接的反映到其他线程，如果加了volatile，running变量改变其他线程很快就会知道，这就是线程的可见性；
这里用到的是：MESI(CPU缓存一致性协议) MESI的主要思想：当CPU写数据时，如果该变量是共享数据，给其他CPU发送信号，使得其他的CPU中的该变量的缓存行无效；归根结底这里需要借助硬件来帮助我们。
volatile保证线程可见性但是不能代替synchronized：
package com.designmodal.design.juc01;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
/**
* @author D-L
* @Classname VolatileAndSynchronized
* @Version 1.0
* @Description synchronized can not be replaced by volatile
* volatile 不能代替synchronized
* 只能保证可见性 不能保证原子性
* count++ 不是原子性操作
* @Date 2020/xx/xx 23:25
*/
public class VolatileAndSynchronized {
volatile int count = 0;
public synchronized void m(){
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
//非原子性操作 汇编指令至少有三条
count++;
}
}
public static void main(String[] args) {
VolatileAndSynchronized v = new VolatileAndSynchronized();
List<Thread> threads = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
threads.add(new Thread(v::m , "Thread"+ i));
}
threads.forEach(o ->o.start());
threads.forEach(o ->{
try {
o.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
System.out.println(v.count);
}
}
2、禁止指令重排序
指令重排序也是和CPU有关系，加了volatile之后，每次写都会背线程看到。CPU原来执行指令时，是按照一步一步顺序来执行的，但是CPU为了提高效率它会把指令并发来执行，第一个指令执行到一半的时候第二条指令就可能已经开始执行了，这叫流水线式的执行；为了充分的利用CPU，就要求编译器把编译完的源码指令，可能会进行一个指令重新排序；这种架构通过实际验证，很大效率上提高了CPU的使用效率。
下面从一个面试题来讨论一下指令重排序：
面试官:你听过单例模式吗？
你：当然听过，不然没法聊了。
package com.designmodal.design.juc01;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
* @author D-L
* @Classname T002_volatile
* @Version 1.0
* @Description volatile 指令重排序
* @Date 2020/7/20 00:48
*/
public class T002_volatile {
//创建私有的 T002_volatile 有人会问这里的volatile要不要使用，这里的答案是肯定的
private static /**volatile*/ volatile T002_volatile INSTANCE;
public T002_volatile() {}
public T002_volatile getInstance(){
//模拟业务代码 这里为了synchronized更加细粒度，所以使用了双重检查
if(INSTANCE == null){
synchronized (this){
//双重检查
if(INSTANCE == null){
//避免线程之间的干扰 在这里睡一秒
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//创建实例对象
INSTANCE = new T002_volatile();
}
}
}
return INSTANCE;
}
/**
* 创建100个线程 调用getInstance() 打印hashcode值
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
T002_volatile t001_volatile = new T002_volatile();
for (int i = 0; i < 100; i++) {
new Thread(() ->{
T002_volatile instance = t001_volatile.getInstance();
System.out.println(instance.hashCode());
}).start();
}
}
}
在上述的代码中：INSTANCE = new T002_volatile(); 经过编译后的指令是分三步的
1、给指令申请内存
2、给成员变量初始化
3、把这块对象的内容赋给INSTANCE
在第二步这里既然已经有默认值了，第二个线程来检查，发现已经有值了根本就不会进入锁住的那份代码；加了volatile就不会出现指令重排序了，所以在这个时候一定要保证初始化完成之后才会赋值给这个变量，这就是volatile存在的意义。
以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持脚本之家。