java volatile关键字作用及使用场景详解

2019-11-26 08:45:16

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供稿：网友

1. volatile关键字的作用：保证了变量的可见性（visibility）。被volatile关键字修饰的变量，如果值发生了变更，其他线程立马可见，避免出现脏读的现象。如以下代码片段，isShutDown被置为true后，doWork方法仍有执行。如用volatile修饰isShutDown变量，可避免此问题。

public class VolatileTest3 { static class Work { boolean isShutDown = false; void shutdown() {  isShutDown = true;  System.out.println("shutdown!"); } void doWork() {  while (!isShutDown) {  System.out.println("doWork");  } } } public static void main(String[] args) { Work work = new Work(); new Thread(work::doWork).start(); new Thread(work::doWork).start(); new Thread(work::doWork).start(); new Thread(work::shutdown).start(); new Thread(work::doWork).start(); new Thread(work::doWork).start(); new Thread(work::doWork).start(); }}

出现脏读时，运行结果如下：

2. 为什么会出现脏读？

Java内存模型规定所有的变量都是存在主存当中，每个线程都有自己的工作内存。线程对变量的所有操作都必须在工作内存中进行，而不能直接对主存进行操作。并且每个线程不能访问其他线程的工作内存。变量的值何时从线程的工作内存写回主存，无法确定。

3. happens-before规则的理解与勘误

在网上查volatile关键字相关信息时，多篇博客提到了happens-before原则，个人对此原则的理解是：当操作该volatile变量时，所有前序对该变量的操作都已完成（如不存在已变更，但未写回主存的情况），所有后续对该变量的操作，都未开始。仅此而已。

这里，我认为网上很常见的一个理论对此理解有误，如下图。此观点认为，由于volatile变量flag的happens-before原则，所以A线程2处对其的写操作一定先于B线程3处对其的读操作。其实这种观点是有逻辑缺陷的，如果存在一个C线程，先读取flag的值，后写入flag的值，那C线程的执行时机是什么呢？如果还有其他D、E线程呢。。。对于这段代码的正确理解是，只要3处拿到的flag是true，那么a的值一定是1，而不是0.因为volition修饰的变量，处理器不会对其进行重排序，所以1处对a的赋值，一定发生在2处对flag的赋值之前。如果flag不是volatile变量，那么1处和2处代码的执行顺序是无法保证的（处理器的指令重排序），虽然大部分情况1会先于2执行。happens-before原则约束的并不是多线程对同一变量的读和写操作之间的顺序，而是保证读操作时，前序所有对该变量的写操作已生效（写回主存）。

验证如下：

public class VolatileTest { static class A { int a = 0; volatile boolean flag = false; void writer() {  a = 1;   //1  flag = true;  //2  System.out.println("write"); } void reader() {  if (flag) {  //3  int i = a;  //4  System.out.println("read true");  System.out.println("i is :" + i);  } else {  int i = a;  System.out.println("read false");  System.out.println("i is :" + i);  } } } public static void main(String[] args) { A aaa = new A(); new Thread(() -> aaa.reader()).start(); new Thread(() -> aaa.writer()).start(); }}

运行结果如下，在写操作执行之前，读操作已完成

4. volatile关键字使用场景

注意：volatile只能保证变量的可见性，不能保证对volatile变量操作的原子性，见如下代码：

public class VolatileTest2 { static class A { volatile int a = 0; void increase() {  a++; } int getA(){  return a; } } public static void main(String[] args) { A a = new A(); new Thread(() -> {  for (int i = 0;i < 1000;i++) {  a.increase();  }  System.out.println(a.getA()); }).start(); new Thread(() -> {  for (int i = 0;i < 2000;i++) {  a.increase();  }  System.out.println(a.getA()); }).start(); new Thread(() -> {  for (int i = 0;i < 3000;i++) {  a.increase();  }  System.out.println(a.getA()); }).start(); new Thread(() -> {  for (int i = 0;i < 4000;i++) {  a.increase();  }  System.out.println(a.getA()); }).start(); new Thread(() -> {  for (int i = 0;i < 5000;i++) {  a.increase();  }  System.out.println(a.getA()); }).start(); }}

运行结果如下，volatile无法保证a++操作的原子性。