volatile 關鍵字淺析

起因

衆所周知 synchronized 關鍵字将代碼塊或方法修飾為同步狀态，同一時間隻允許一個線程對其通路，而volatile關鍵字很多時候會和 synchronized混淆，以為是對某一變量進行同步化，其實并非如此，這裡對其進行淺析。

并發程式設計中的三個概念

1、原子性：

即一個操作或者多個操作 要麼全部執行并且執行的過程不會被任何因素打斷，要麼就都不執行。

2、可見性：

可見性是指當多個線程通路同一個變量時，一個線程修改了這個變量的值，其他線程能夠立即看得到修改的值。

3、有序性：

即程式執行的順序按照代碼的先後順序執行。

volatile關鍵字的兩層語義

一旦一個共享變量（類的成員變量、類的靜态成員變量）被volatile修飾之後，那麼就具備了兩層語義：

1）保證了不同線程對這個變量進行操作時的可見性，即一個線程修改了某個變量的值，這新值對其他線程來說是立即可見的。 （可見性）

2）禁止進行指令重排序。（有序性）

對比而言 synchronized 保證了方法以及代碼塊的原子性、可見性、有序性，而 volatile關鍵字未保證了屬性的原子性。

例子

public class Test {
    public volatile int inc = ;
    public void increase() {
        inc++;
    }
    public static void main(String[] args) {
        final Test test = new Test();
        for(int i=;i<;i++){
            new Thread(){
                public void run() {
                    for(int j=;j<;j++)
                        test.increase();
                };
            }.start();
        }
        while(Thread.activeCount()>)  //保證前面的線程都執行完
            Thread.yield();
        System.out.println(test.inc);
    }
}
           

可以發現 inc 總是不為1000 且每次值都不一緻，為什麼會出現這種情況呢？

假如某個時刻變量inc的值為10，線程1對變量進行自增操作，線程1先讀取了變量inc的原始值，然後線程1被阻塞了；

然後線程2對變量進行自增操作，線程2也去讀取變量inc的原始值，由于線程1隻是對變量inc進行讀取操作，而沒有對變量進行修改操作，是以不會導緻線程2的工作記憶體中緩存變量inc的緩存行無效，是以線程2會直接去主存讀取inc的值(volatile就是要直接從記憶體讀取)，發現inc的值時10，然後進行加1操作，并把11寫入工作記憶體，最後寫入主存。

然後線程1接着進行加1操作，由于已經讀取了inc的值，注意此時線上程1的工作記憶體中inc的值仍然為10，是以線程1對inc進行加1操作後inc的值為11，然後将11寫入工作記憶體，最後寫入主存。

那麼兩個線程分别進行了一次自增操作後，inc隻增加了1。

volatile 常用的場合

适用于多線程對屬性（讀）——（寫）操作，不适合有屬性自增的場合。

例如：

1、狀态标記量

volatile boolean flag = false;
while(!flag){
  doSomething();
}

public void setFlag() {
    flag = true;
}
volatile boolean inited = false;
//線程1:
context = loadContext(); 
inited = true;           

//線程2:
while(!inited ){
sleep()
}
doSomethingwithconfig(context);
           

2、 double check

class Singleton{
    private volatile static Singleton instance = null;

    private Singleton() {

    }

    public static Singleton getInstance() {
        if(instance==null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if(instance==null)
                    instance = new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }
}