Java解决线程的不安全问题之volatile关键字详解
作者：一只爱打拳的程序猿
1. 造成线程不安全的代码
有一代码，要求两个线程运行。
并自定义一个标志位 flag，当线程2（thread2）修改标志位后，线程1（thread1）结束执行。
如下代码所示:
public class TestDemo3 {
public static int flag = 0;//自定义一个标志位
public static void main(String[] args) {
Thread thread1 = new Thread(()-> {
while (flag == 0) {
//空
}
System.out.println("thread1线程结束");
});//线程1
Thread thread2 = new Thread(()-> {
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
System.out.println("请输入一个整数:");
flag = scanner.nextInt();
});//线程2
thread1.start();//启动线程1
thread2.start();//启动线程2
}
}运行后打印:
预期效果为：thread1 中的 flag==0 作为条件进入 while 循序，thread2 中通过 scanner 输入一个非 0 的值，从而使得 thread1 线程结束。
实际效果：thread2 中输入非 0 数后，光标处于闪烁状态代表循环未结束。
造成程序没有达到如期效果的原因是内存的不可见性导致 while 条件判断始终发生错误。
因此，我们得使用 volatile 关键字来保证内存的可见性，使得 while 条件判断能够正常识别修改后的标志位 flag。
2. volatile能保证内存可见性
可见性指一个线程对共享变量值的修改，能够及时地被其他线程看到。
而 volatile 关键字就保证内存的可见性。
在上述代码中标志位 flag 未使用 volatile 修饰导致 while 循环不能正确判断，其原因如下：
flag == 0这个判断，会实现两条操作：
- 第一条，load 从内存读取数据到 cpu的 寄存器。
- 第二条，cmp 比较寄存器中的值是否为0，是则返回 true 否则返回 false。
但是，编译器有一个特性：优化。优化什么呢？
由于进行大量数据操作时 load 的开销很大，编译器就做出了一个优化，就是无论数据大或小 load 操作只会执行一次。
因此，flag == 0 这个条件第一作为 load 加载到了寄存器中，后序无论对 flag 进行怎样的修改 cmp 比较的时候始终为 true 了。
这就是多线程运行时，编译器对于代码进行优化操作的内存不可见性。也就是内存看不到实际的情况。
因此，我们只需要在 flag 前面加上 volatile 关键字使得编译器不对 flag 进行优化，这样就能达到效果。如下代码所示:
public class TestDemo3 {
volatile public static int flag = 0;//volatile修饰自定义标志位
public static void main(String[] args) {
Thread thread1 = new Thread(()-> {
while (flag == 0) {
//空
}
System.out.println("thread1线程结束");
});//线程1
Thread thread2 = new Thread(()-> {
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
System.out.println("请输入一个整数:");
flag = scanner.nextInt();
});//线程2
thread1.start();//启动线程1
thread2.start();//启动线程2
}
}运行后打印：
通过上述代码及打印结果，可以看到达到了预期效果。因此，被 volatile 修饰的变量能够保证每次从内存中重新读取数据。
解释内存可见性：
thread1频繁读取主内存，效率比较第，就被优化成直接读直接的工作内存
thread2修改了主内存的结果，由于thread1没有读主内存，导致修改不能被识别
上述的工作内存理解为CPU寄存器，主内存理解为内存。
3. synchronized与volatile的区别
3.1 synchronized能保证原子性
以下代码的需求为：两个线程分别计算10000 次，使得 count 总数达到 20000：
//创建一个自定义类
class myThread {
int count = 0;
public void run() {
synchronized (this){
count++;
}
}
public int getCount() {
return count;
}
}
public class TreadDemo1 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
myThread myThread = new myThread();//实例化这个类
Thread thread1 = new Thread(()-> {
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
myThread.run();
}
});
Thread thread2 = new Thread(()-> {
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
myThread.run();
}
});
thread1.start();//启动线程thread1
thread2.start();//启动线程thread2
thread1.join();//等待线程thread1结束
thread2.join();//等待线程thread2结束
System.out.println(myThread.getCount());//获取count值
}
}运行后打印:
3.2 volatile不能保证原子性
当我们把上述代码中的 run 方法去掉 synchronized 的关键字，再给 count 变量加上 volatile 关键字。
//创建一个自定义类
class myThread {
volatile int count = 0;
public void run() {
count++;
}
public int getCount() {
return count;
}
}运行后打印:
到此这篇关于Java解决线程的不安全问题之volatile关键字详解的文章就介绍到这了,更多相关Java的volatile关键字内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！