Volatile关键字介绍及使用

volatile关键字java虚拟机提供的轻量级同步机制

  • 保证可见性

  • 禁止指令重排序

  • 不保证原子性

可见性:

什么叫可见性呢,首先要说一下JAVA虚拟机内存,JAVA虚拟机内存模型规定,所有的变量都放在计算机的主内存当中,主内存是共享内存区域,所有线程都可以访问,而每个线程创建时都会为其创建一个工作内存(可以称之为栈空间),工作内存呢就是每个线程的私有数据区域,所以每个线程创建时也会从主内存进行一个变量副本拷贝,每当修改的时候也是再自己的工作内存中进行修改的,不能直接操作主内存,修改完成之后再对主内存的变量进行重新赋值,因此线程之间无法访问对方的工作内存,线程之间必须通过主内存来完成。

因此 当变量声明了 volatile关键字之后,每当线程进行写操作的时候会立即刷新到主内存中,并且强制其他有缓存过此变量的线程数据清空,并且重新读取最新数据。

原子性:

原子性的意思呢就是一组操作要么成功要么失败的意思,为什么volatile不能保证原子性呢。

看以下代码进行分析:

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    class Test{

volatile int i = 0;

public void add() {
i++;
}
}

假如此时创建了两条线程,那么他们的工作内存中 i 都是等于0。此时同时进行调用add()方法进行i+1的操作,操作过程为如下:

1. 从主内存获取最新值

2.进行+1操作

3.写回主内存

我们可以看一下通过查看java的汇编字节码中的执行顺序, 通过javap命令看到:

image.png
可以看到java编译后的汇编字节码执行顺序一样,先get,再进行add自增,再进行put 写回数据
如果说两个线程同时调用,他们第一步肯定都是获取到的是0,写回主内存的时候线程A 写回1,线程B也是写回1 。因此不能保证原子性,因为他的操作过程是会被打断的。所以有可能我们进行多线程将 1 加到 1000的时候可能会导致结果不正确 会小于 1000;

指令重排序:
这个涉及到的东西有点多,跟计算机进行计算有很大的关系
可以看一下当你运行一段代码大概需要进行的操作
源代码->编译器优化的重排->指令并行的重排->内存系统的重排->最终执行的指令。

这些排序呢只是为了计算机能够更快的进行一个代码的计算。

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int a = 1; // 1
int b = 3; // 2
a = a + 2; // 3
b = b * a + 1; // 4

以上是我们写代码的执行步骤 1 -> 2 -> 3 -> 4

但是经过计算机的排序后有可能会是 2 -> 1 -> 3 -> 4 是不确定的,因此加上了volatile关键字后可以防止进行排序.

有这么三点:

  • 单线程环境里面确保程序最终执行结果和代码顺序执行的结果一致。

  • 处理器在进行重排序时必须要考虑指令之间的数据依赖性。

  • 多线程环境中线程交替执行,由于编译器优化重排的存在,两个线程 中使用的变量能否保证一致性是无法确定的,结果无法预测

依赖性呢就是说,上边代码 永远不可能 会是 第4步执行,因为他对变量a有依赖。

总结: volatile呢是一个 轻量级的同步机制,如果我们想要弥补volatile原子性的问题,我们可以给 add()方法加上 *synchronized *关键字或者是加lock 通过加锁 来保证原子性,但是 建议没必要 大材小用,大家可以看一下java提供的

AtomicInteger类,是一个专门提供可以保证原子性的类。可以保证多线程中数据的安全性。

注:后边会更新 为什么 AtomicInteger可以保证原子性,怎么实现。

我会持续每天更新,也可以关注公众号,在公众号内进行查看!

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