一般說(shuō)來(lái),volatile用在如下的幾個(gè)地方:
1、中斷服務(wù)程序中修改的供其它程序檢測(cè)的變量需要加volatile;
2、多任務(wù)環(huán)境下各任務(wù)間共享的標(biāo)志應(yīng)該加volatile;
3、存儲(chǔ)器映射的硬件寄存器通常也要加volatile說(shuō)明,因?yàn)槊看螌?duì)它的讀寫都可能有不同意義;
另外,以上這幾種情況經(jīng)常還要同時(shí)考慮數(shù)據(jù)的完整性(相互關(guān)聯(lián)的幾個(gè)標(biāo)志讀了一半被打斷了重寫),在1中可以通過(guò)關(guān)中斷來(lái)實(shí)現(xiàn),2 中可以禁止任務(wù)調(diào)度,3中則只能依靠硬件的良好設(shè)計(jì)了。
volatile關(guān)鍵字保證了
1. 可見(jiàn)性——在多線程環(huán)境下,被修飾的變量在別修改后會(huì)馬上同步到主存,這樣該線程對(duì)這個(gè)變量的修改就是對(duì)所有其他線程可見(jiàn)的,其他線程能夠馬上讀到這個(gè)修改后值。
2. 禁止指令重排序優(yōu)化
本文中來(lái)談?wù)劦谝稽c(diǎn),可見(jiàn)性。
Thread的本地內(nèi)存
每個(gè)Thread都擁有自己的線程存儲(chǔ)空間
Thread何時(shí)同步本地存儲(chǔ)空間的數(shù)據(jù)到主存是不確定的
例子
上圖表示兩個(gè)線程并發(fā)執(zhí)行,而且代碼順序上為Thread1-》Thread2
不用 volatile
假如ready字段不使用volatile,那么Thread 1對(duì)ready做出的修改對(duì)于Thread2來(lái)說(shuō)未必是可見(jiàn)的,是否可見(jiàn)是不確定的。假如此時(shí)thread1 ready泄露了(leak through)了,那么Thread 2可以看見(jiàn)ready為true,但是有可能answer的改變并沒(méi)有泄露,則thread2有可能會(huì)輸出 0 (answer=42對(duì)thread2并不可見(jiàn))
使用 volatile
使用volatile以后,做了如下事情
每次修改volatile變量都會(huì)同步到主存中
每次讀取volatile變量的值都強(qiáng)制從主存讀取最新的值(強(qiáng)制JVM不可優(yōu)化volatile變量,如JVM優(yōu)化后變量讀取會(huì)使用cpu緩存而不從主存中讀?。?/p>
線程 A 中寫入 volatile 變量之前可見(jiàn)的變量, 在線程 B 中讀取該 volatile 變量以后, 線程 B 對(duì)其他在 A 中的可見(jiàn)變量也可見(jiàn)。 換句話說(shuō), 寫 volatile 類似于退出同步塊, 而讀取 volatile 類似于進(jìn)入同步塊
所以如果使用了volatile,那么Thread2讀取到的值為read=》true,answer=》42,當(dāng)然使用volatile的同時(shí)也會(huì)增加性能開(kāi)銷
注意
volatile并不能保證非源自性操作的多線程安全問(wèn)題得到解決,volatile解決的是多線程間共享變量的可見(jiàn)性問(wèn)題,而例如多線程的i++,++i,依然還是會(huì)存在多線程問(wèn)題,它是無(wú)法解決了。如下:使用一個(gè)線程i++,另一個(gè)i–,最終得到的結(jié)果不為0
private static volatile int count = 0;
private static final int times = Integer.MAX_VALUE;
public static void main(String[] args) {
long curTime = System.nanoTime();
Thread decThread = new DecThread();
decThread.start();
// 使用run()來(lái)運(yùn)行結(jié)果為0,原因是單線程執(zhí)行不會(huì)有線程安全問(wèn)題
// new DecThread().run();
System.out.println(“Start thread: ” + Thread.currentThread() + “ i++”);
for (int i = 0; i 《 times; i++) {
count++;
}
System.out.println(“End thread: ” + Thread.currentThread() + “ i--”);
// 等待decThread結(jié)束
while (decThread.isAlive());
long duration = System.nanoTime() - curTime;
System.out.println(“Result: ” + count);
System.out.format(“Duration: %.2fs\n”, duration / 1.0e9);
}
private static class DecThread extends Thread {
@Override
public void run() {
System.out.println(“Start thread: ” + Thread.currentThread() + “ i--”);
for (int i = 0; i 《 times; i++) {
count--;
}
System.out.println(“End thread: ” + Thread.currentThread() + “ i--”);
}
}
}12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243
最后輸出的結(jié)果是
Start thread: Thread[main,5,main] i++
Start thread: Thread[Thread-0,5,main] i--
End thread: Thread[main,5,main] i--
End thread: Thread[Thread-0,5,main] i--
Result: -460370604
Duration: 67.37s123456
原因是i++和++i并非原子操作,我們?nèi)舨榭醋止?jié)碼,會(huì)發(fā)現(xiàn)
void f1() { i++; }1
的字節(jié)碼如下
void f1();
Code:
0: aload_0
1: dup
2: getfield #2; //Field i:I
5: iconst_1
6: iadd
7: putfield #2; //Field i:I
10: return123456789
可見(jiàn)i++執(zhí)行了多部操作, 從變量i中讀取讀取i的值 -》 值+1 -》 將+1后的值寫回i中,這樣在多線程的時(shí)候執(zhí)行情況就類似如下了
Thread1 Thread2
r1 = i; r3 = i;
r2 = r1 + 1; r4 = r3 + 1;
i = r2; i = r4;1234
這樣會(huì)造成的問(wèn)題就是 r1, r3讀到的值都是 0, 最后兩個(gè)線程都將 1 寫入 i, 最后 i 等于 1, 但是卻進(jìn)行了兩次自增操作
可知加了volatile和沒(méi)加volatile都無(wú)法解決非原子操作的線程同步問(wèn)題
線程同步問(wèn)題的解決
Java提供了java.util.concurrent.atomic 包來(lái)提供線程安全的基本類型包裝類,例子如下
package com.qunar.atomicinteger;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
/**
* @author zhenwei.liu created on 2013 13-9-2 下午10:18
* @version $Id$
*/
public class SafeTest {
private static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
private static final int times = Integer.MAX_VALUE;
public static void main(String[] args) {
long curTime = System.nanoTime();
Thread decThread = new DecThread();
decThread.start();
// 使用run()來(lái)運(yùn)行結(jié)果為0,原因是單線程執(zhí)行不會(huì)有線程安全問(wèn)題
// new DecThread().run();
System.out.println(“Start thread: ” + Thread.currentThread() + “ i++”);
for (int i = 0; i 《 times; i++) {
count.incrementAndGet();
}
// 等待decThread結(jié)束
while (decThread.isAlive());
long duration = System.nanoTime() - curTime;
System.out.println(“Result: ” + count);
System.out.format(“Duration: %.2f\n”, duration / 1.0e9);
}
private static class DecThread extends Thread {
@Override
public void run() {
System.out.println(“Start thread: ” + Thread.currentThread() + “ i--”);
for (int i = 0; i 《 times; i++) {
count.decrementAndGet();
}
System.out.println(“End thread: ” + Thread.currentThread() + “ i--”);
}
}
}12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849
輸出
Start thread: Thread[main,5,main] i++
Start thread: Thread[Thread-0,5,main] i--
End thread: Thread[Thread-0,5,main] i--
Result: 0
Duration: 105.15
評(píng)論
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