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浅谈volatile

article 2024/12/1 9:29:22

volatile有三个特性：

（1）可见性

（2）不保证原子性

（3）禁止指令重排

下面我们一一介绍

（一）可见性

volatile的可见性是说共享变量只要修改，就可以被其他线程感知到，这个是怎么做到的呢？

这得从虚拟机的内存模型说起，这里直接引用《深入理解java虚拟机》书中原话：JAVA内存模型规定了所有的变量都存储在主内存中，每条线程还有自己的工作内存，线程的工作内存保存了被该线程使用的变量的主内存副本，线程对变量的所有操作（读取、赋值）都必须在工作内存中进行，而不是直接读写主内存中的数据。

所以对于多线程场景的共享变量值的传递是需要通过主内存进行。也就是线程A对共享变量tmp（没有使用volatile）修改后，线程B不一定能马上感知到。需要等线程A中的工作内存同步到主内存中，线程B才能感知到。而volatile则会保证变量只要修改就会马上同步到主内存中，并且线程读取变量时也是会先从主内存中刷新变量值，以此来保证了变量的可见性。

（二）不保证原子性

对于volatile变量，虽然线程能马上看见它的值改变，并不能保证它的运算操作是原子的，比如：

public class TestVolatile {
    public static volatile int count = 0;
    public static CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(5);

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            new Thread(() -> {
                for (int j = 0; j < 10000; j++) {
                    count++;
                }
                countDownLatch.countDown();
            }).start();
        }
        try {
            countDownLatch.await();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("count:" + count);
    }
}

上面这个例子执行后，如果是原子性的，那么count的值应该是50000。但实际远小于50000

因为i++本身就不是原子步骤，它实际上是i=i+1.它需要先获取i的值，然后再加1，然后再赋值给i。两个线程A,B同时获取i的值为3，然后线程A将其加1后的值4赋值给主内存。线程B这时也完成了计算同样赋值给主内存也是4。这是计算结果就少了1。

（3）禁止指令重排

指令重排是编译器在运行时在保证单个线程内结果不变的情况下，基于性能优化考虑对指令进行重新排序

这个先举个例子：

public static boolean initFlag = false;

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            // 初始化完成后再设置标志位，另一个线程感知到标志位改变后，开始执行它的业务
            doSomeInit();
            initFlag = true;
        }).start();
        new Thread(() -> {
            while (!initFlag) {
                // 还没初始化则等待
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            // 认为初始化已经完成，执行它的业务
            
        }).start();

    }

上面这段代码并不能实际运行出我们想要的效果（因为指令重排是虚拟机编译器内部逻辑，没想到一个确实可行的例子能够触发指令重排），只是简单代替我们经常可能会出现的业务场景，一个线程等待另一个线程完成初始化逻辑后，才开始启动自己的业务逻辑。上面initFlag没有标识volatile。那么initFlag赋值操作可能会因为指令重排，先于doSomeInit初始化逻辑先完成，这样就可能导致我们的业务功能有问题。因为对于单个线程来说，虚拟机认为initFlag提前执行并没有改变所在线程的结果。所以这里需要给initFlag加上volatile标识，告诉虚拟机，这里不能进行指令重排，在initFlag操作之前的代码，也必须先于initFlag操作之前执行

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