volatile是java虛擬機(jī)提供的輕量級的同步機(jī)制
1.特性
- 保證可見性
- 不保證原子性
- 禁止指令重排
2. 特性解釋
2.1 可見性：
一個線程操作某個對象骂蓖，修改了值之后，其余的線程都知道较屿，這就叫可見性
各個線程對主內(nèi)存中共享變量的操作都是各個線程各自拷貝到自己的工作內(nèi)存進(jìn)行操作后再寫回到主內(nèi)存中的。
這就可能存在一個線程AAA修改了共享變量X的值卓练，但還未寫回主內(nèi)存時隘蝎，另外一個線程BBB又對主內(nèi)存中同一個變量X進(jìn)行操作，但此時A線程工作內(nèi)存中共享變量X對線程B來說并不可見
這種工作內(nèi)存與主內(nèi)存同步延遲現(xiàn)象就造成了可見性問題
/**
* 1驗證volatile的可見性
* 1.1 如果int num = 0襟企，number變量沒有添加volatile關(guān)鍵字修飾
* 1.2 添加了volatile嘱么，可以解決可見性
*/
public class VolatileDemo {
public static void main(String[] args) {
visibilityByVolatile();//驗證volatile的可見性
}
/**
* volatile可以保證可見性，及時通知其他線程顽悼，主物理內(nèi)存的值已經(jīng)被修改
*/
public static void visibilityByVolatile() {
MyData myData = new MyData();
//第一個線程
new Thread(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t come in");
try {
//線程暫停3s
TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
myData.addToSixty();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t update value:" + myData.num);
} catch (Exception e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}, "thread1").start();
//第二個線程是main線程
while (myData.num == 0) {
//如果myData的num一直為零曼振，main線程一直在這里循環(huán)
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t mission is over, num value is " + myData.num);
}
}
class MyData {
// int num = 0;
volatile int num = 0;
public void addToSixty() {
this.num = 60;
}
}
輸出結(jié)果：
thread1 come in
thread1 update value:60
// 線程沒有檢測到值的變化進(jìn)入死循環(huán)
當(dāng)我們加上volatile關(guān)鍵字后，volatile int num = 0;輸出結(jié)果為：
thread1 come in
thread1 update value:60
main mission is over, num value is 60
//程序沒有死循環(huán)蔚龙，結(jié)束執(zhí)行
2.2 原子性：
一個線程在操作某個對象時拴测，對象的值發(fā)生更改，并更新回主內(nèi)存府蛇，其余線程還未獲得更新的消息集索，將值同樣更新回主內(nèi)存，造成數(shù)據(jù)丟失的情況汇跨，即不保證原子性
class MyData {
/**
* 增強(qiáng)了各線程的可見性
*/
volatile int number = 0;
public void addTo60() {
this.number = 60;
}
/**
* 請注意务荆，此時 number 前面是加了volatile關(guān)鍵字修飾的，volatile不保證原子性
*/
public void addPlusPlus() {
// number++ 在多線程下是非線程安全的穷遂，如何不加synchronized解決函匕？
number++;
}
AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();
public void addMyAtomic() {
atomicInteger.getAndIncrement();
}
}
/**
* 1、驗證 volatile 的可見性
* 1.1 加入 int number =0 蚪黑，number變量之前根本沒有添加 volatile 關(guān)鍵字修飾
* 1.2 添加了volatile 盅惜，可以解決可見性問題
* <p>
* 2中剩、驗證volatile不保證原子性
* 2.1 原子性指的是什么意思：
* 不可分割，完整性抒寂，也即某個線程正在做某個具體業(yè)務(wù)時结啼，中間不可以被加塞或者被分割。需要整體完整
* 要么同時成功屈芜，要么同時失敗郊愧。
* 2.2 volatile 不保證原子性的演示案例
* 2.3 why
* 2.4 如何解決原子性
* * 加 synchronized
* * 使用我們 JUC 下的AtomicInteger
*/
public class VolatileDemo {
public static void main(String[] args) {
MyData myData = new MyData();
for (int i = 0; i < 20; i++) {
new Thread(() -> {
for (int j = 0; j < 1000; j++) {
myData.addPlusPlus();
myData.addMyAtomic();
}
}, String.valueOf(i)).start();
}
// 需要等待上賣弄20個線程都全部計算完成后，在用main線程去得最終的結(jié)果值井佑，看是多少属铁？
while (Thread.activeCount() > 2) {
// 禮讓線程
Thread.yield();
}
Map<String, String> s = new HashMap<>();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t int type, finally number value : " + myData.number);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t atomicInteger, finally number value : " + myData.atomicInteger);
}
執(zhí)行結(jié)果
main int type, finally number value : 15940
main atomicInteger, finally number value : 20000
2.3 禁止指令重排
計算機(jī)執(zhí)行程序時，為了提高性能躬翁，編譯器和處理器常常會對 指令做重排,一般分以下三種
源代碼 ==》編譯器優(yōu)化的重排 ==》指令并行的重排 ==》 內(nèi)存系統(tǒng)的重排 ==》最終執(zhí)行的指令
單線程環(huán)境里面確保程序最終執(zhí)行和代碼順序執(zhí)行的結(jié)果一致
處理器在進(jìn)行重排序時焦蘑，必須要考慮指令之間的
數(shù)據(jù)依賴性多線程環(huán)境中線程交替執(zhí)行，由于編譯器優(yōu)化重排的存在盒发，兩個線程中使用的變量能否保證一致性是無法確定的例嘱，結(jié)果無法預(yù)測
了解一個概念，內(nèi)存屏障（Memory Barrier）又稱內(nèi)存柵欄迹辐，是一個CPU指令蝶防，他的作用有兩個：
- 一是保證特定操作的執(zhí)行順序
- 而是保證某些變量的內(nèi)存可見性（利用該特性，實(shí)現(xiàn)volatile的內(nèi)存可見性）
由于編譯器和處理器都能執(zhí)行指令重排優(yōu)化明吩，如果在指令間插入一條Memory Barrier间学，則會告訴編譯器和CPU，不管什么指令都不能和這條Memory Barrier 指令重排序印荔，也就是說
通過插入內(nèi)存屏障低葫，禁止在內(nèi)存屏障前后的指令執(zhí)行重排序優(yōu)化。內(nèi)存屏障另外一個作用是強(qiáng)制刷出各種CPU的緩存數(shù)據(jù)仍律，因此任何CPU上的線程都能讀取到這些數(shù)據(jù)的最新版本嘿悬。
3、volatile 在單例模式下的應(yīng)用
3.1 普通單例模式在多線程下的結(jié)果
public class SingletonDemo {
private static SingletonDemo instance = null;
private SingletonDemo() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t 構(gòu)造方法SingletonDemo（）");
}
public static SingletonDemo getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new SingletonDemo();
}
return instance;
}
public static void main(String[] args) {
//構(gòu)造方法只會被執(zhí)行一次
// System.out.println(getInstance() == getInstance());
// System.out.println(getInstance() == getInstance());
// System.out.println(getInstance() == getInstance());
//并發(fā)多線程后水泉，構(gòu)造方法會在一些情況下執(zhí)行多次
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread(() -> {
SingletonDemo.getInstance();
}, "Thread " + i).start();
}
}
}
3.2 解決方法
-
加入單例模式 DCL（Double Check Lock雙端檢鎖機(jī)制） 代碼
DCL （Double Check Lock雙端檢鎖機(jī)制）在加鎖前和加鎖后都進(jìn)行一次判斷public static SingletonDemo getInstance() { if (instance == null) { synchronized (SingletonDemo.class) { if (instance == null) { instance = new SingletonDemo(); } } } return instance; }大部分運(yùn)行結(jié)果構(gòu)造方法只會被執(zhí)行一次善涨，但指令重排機(jī)制會讓程序很小的幾率出現(xiàn)構(gòu)造方法被執(zhí)行多次，DCL（雙端檢鎖）機(jī)制不一定線程安全草则，原因時有指令重排的存在钢拧，加入volatile可以禁止指令重排
原因是在某一個線程執(zhí)行到第一次檢測，讀取到instance不為null時炕横，instance的引用對象可能
沒有完成初始化源内。instance=new SingleDemo();可以被分為一下三步（偽代碼）：memory = allocate();//1.分配對象內(nèi)存空間 instance(memory); //2.初始化對象 instance = memory; //3.設(shè)置instance執(zhí)行剛分配的內(nèi)存地址，此時instance!=null步驟2和步驟3不存在數(shù)據(jù)依賴關(guān)系份殿，而且無論重排前還是重排后程序的執(zhí)行結(jié)果在單線程中并沒有改變膜钓，因此這種重排優(yōu)化時允許的嗽交，如果3步驟提前于步驟2，但是instance還沒有初始化完成颂斜，指令重排只會保證串行語義的執(zhí)行的一致性（單線程）夫壁，但并不關(guān)心多線程間的語義一致性。所以當(dāng)一條線程訪問instance不為null時焚鲜，由于instance示例未必已初始化完成掌唾，也就造成了線程安全問題放前。
-
加上 volatile 禁止指令重排
private static volatile SingletonDemo instance = null;
