在閱讀多線程書籍的時(shí)候鞍爱，對(duì)volatile的原子性產(chǎn)生了疑問举娩，問題類似于這篇文章所闡述的那樣。經(jīng)過一番思考給出自己的理解皿哨。
我們知道對(duì)于可見性，Java提供了volatile關(guān)鍵字來保證可見性纽谒、有序性往史。但不保證原子性。
普通的共享變量不能保證可見性佛舱，因?yàn)槠胀ü蚕碜兞勘恍薷闹笞道裁磿r(shí)候被寫入主存是不確定的，當(dāng)其他線程去讀取時(shí)请祖，此時(shí)內(nèi)存中可能還是原來的舊值订歪，因此無法保證可見性。
??背景：為了提高處理速度肆捕，處理器不直接和內(nèi)存進(jìn)行通信刷晋，而是先將系統(tǒng)內(nèi)存的數(shù)據(jù)讀到內(nèi)部緩存（L1，L2或其他）后再進(jìn)行操作，但操作完不知道何時(shí)會(huì)寫到內(nèi)存眼虱。
- 如果對(duì)聲明了volatile的變量進(jìn)行寫操作喻奥，JVM就會(huì)向處理器發(fā)送一條指令，將這個(gè)變量所在緩存行的數(shù)據(jù)寫回到系統(tǒng)內(nèi)存捏悬。但是撞蚕，就算寫回到內(nèi)存，如果其他處理器緩存的值還是舊的过牙，再執(zhí)行計(jì)算操作就會(huì)有問題甥厦。
- 在多處理器下，為了保證各個(gè)處理器的緩存是一致的寇钉，就會(huì)實(shí)現(xiàn)緩存一致性協(xié)議刀疙，每個(gè)處理器通過嗅探在總線上傳播的數(shù)據(jù)來檢查自己緩存的值是不是過期了，當(dāng)處理器發(fā)現(xiàn)自己緩存行對(duì)應(yīng)的內(nèi)存地址被修改扫倡，就會(huì)將當(dāng)前處理器的緩存行設(shè)置成無效狀態(tài)谦秧，當(dāng)處理器對(duì)這個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改操作的時(shí)候，會(huì)重新從系統(tǒng)內(nèi)存中把數(shù)據(jù)讀到處理器緩存里撵溃。
總結(jié)下來：
- 第一：使用volatile關(guān)鍵字會(huì)強(qiáng)制將修改的值立即寫入主存油够；
- 第二：使用volatile關(guān)鍵字的話，當(dāng)線程2進(jìn)行修改時(shí)征懈，會(huì)導(dǎo)致線程1的工作內(nèi)存中緩存變量的緩存行無效（反映到硬件層的話石咬，就是CPU的L1或者L2緩存中對(duì)應(yīng)的緩存行無效）；
- 第三：由于線程1的工作內(nèi)存中緩存變量的緩存行無效卖哎，所以線程1再次讀取變量的值時(shí)會(huì)去主存讀取鬼悠。
最重要的是：
- 可見性：對(duì)一個(gè)volatile變量的讀，總是能看到（任意線程）對(duì)這個(gè)volatile變量最后的寫入亏娜。
- 原子性：對(duì)任意單個(gè)volatile變量的讀/寫具有原子性焕窝，但類似于volatile++這種復(fù)合操作不具有原子性。
舉2個(gè)例子维贺，例子來源于這篇文章:
例子是這樣的：
//線程1
boolean stop = false;
while(!stop){
doSomething();
}
//線程2
stop = true;
原文：這段代碼是很典型的一段代碼它掂，很多人在中斷線程時(shí)可能都會(huì)采用這種標(biāo)記辦法。但是事實(shí)上溯泣，這段代碼會(huì)完全運(yùn)行正確么虐秋？即一定會(huì)將線程中斷么？不一定垃沦，也許在大多數(shù)時(shí)候客给，這個(gè)代碼能夠把線程中斷，但是也有可能會(huì)導(dǎo)致無法中斷線程（雖然這個(gè)可能性很小肢簿，但是只要一旦發(fā)生這種情況就會(huì)造成死循環(huán)了）靶剑。
下面解釋一下這段代碼為何有可能導(dǎo)致無法中斷線程蜻拨。在前面已經(jīng)解釋過，每個(gè)線程在運(yùn)行過程中都有自己的工作內(nèi)存桩引，那么線程1在運(yùn)行的時(shí)候缎讼，會(huì)將stop變量的值拷貝一份放在自己的工作內(nèi)存當(dāng)中。
那么當(dāng)線程2更改了stop變量的值之后坑匠，但是還沒來得及寫入主存當(dāng)中血崭，線程2轉(zhuǎn)去做其他事情了，那么線程1由于不知道線程2對(duì)stop變量的更改笛辟，因此還會(huì)一直循環(huán)下去功氨。
但是用volatile修飾之后就變得不一樣了：
第一：使用volatile關(guān)鍵字會(huì)強(qiáng)制將修改的值立即寫入主存序苏；
第二：使用volatile關(guān)鍵字的話手幢，當(dāng)線程2進(jìn)行修改時(shí)，會(huì)導(dǎo)致線程1的工作內(nèi)存中緩存變量stop的緩存行無效（反映到硬件層的話忱详，就是CPU的L1或者L2緩存中對(duì)應(yīng)的緩存行無效）围来；
第三：由于線程1的工作內(nèi)存中緩存變量stop的緩存行無效，所以線程1再次讀取變量stop的值時(shí)會(huì)去主存讀取匈睁。
到這里可能看起來沒什么問題,我們來看例子2：
public class Test {
public volatile int inc = 0;
public void increase() {
inc++;
}
public static void main(String[] args) {
final Test test = new Test();
for(int i=0;i<10;i++){
new Thread(){
public void run() {
for(int j=0;j<1000;j++)
test.increase();
};
}.start();
}
while(Thread.activeCount()>1) //保證前面的線程都執(zhí)行完
Thread.yield();
System.out.println(test.inc);
}
}
原文：大家想一下這段程序的輸出結(jié)果是多少监透？也許有些朋友認(rèn)為是10000。但是事實(shí)上運(yùn)行它會(huì)發(fā)現(xiàn)每次運(yùn)行結(jié)果都不一致航唆，都是一個(gè)小于10000的數(shù)字胀蛮。
可能有的朋友就會(huì)有疑問，不對(duì)啊糯钙，上面是對(duì)變量inc進(jìn)行自增操作粪狼，由于volatile保證了可見性，那么在每個(gè)線程中對(duì)inc自增完之后任岸，在其他線程中都能看到修改后的值啊再榄，所以有10個(gè)線程分別進(jìn)行了1000次操作，那么最終inc的值應(yīng)該是1000*10=10000享潜。
這里面就有一個(gè)誤區(qū)了困鸥，volatile關(guān)鍵字能保證可見性沒有錯(cuò)，但是上面的程序錯(cuò)在沒能保證原子性剑按〖簿停可見性只能保證每次讀取的是最新的值，但是volatile沒辦法保證對(duì)變量的操作的原子性艺蝴。
在前面已經(jīng)提到過虐译，自增操作是不具備原子性的，它包括讀取變量的原始值吴趴、進(jìn)行加1操作漆诽、寫入工作內(nèi)存侮攀。那么就是說自增操作的三個(gè)子操作可能會(huì)分割開執(zhí)行，就有可能導(dǎo)致下面這種情況出現(xiàn)：
假如某個(gè)時(shí)刻變量inc的值為10厢拭，
線程1對(duì)變量進(jìn)行自增操作兰英，線程1先讀取了變量inc的原始值，然后線程1被阻塞了供鸠；
然后線程2對(duì)變量進(jìn)行自增操作畦贸，線程2也去讀取變量inc的原始值，由于線程1只是對(duì)變量inc進(jìn)行讀取操作楞捂，而沒有對(duì)變量進(jìn)行修改操作薄坏，所以不會(huì)導(dǎo)致線程2的工作內(nèi)存中緩存變量inc的緩存行無效，所以線程2會(huì)直接去主存讀取inc的值寨闹，發(fā)現(xiàn)inc的值時(shí)10胶坠，然后進(jìn)行加1操作，并把11寫入工作內(nèi)存繁堡，最后寫入主存沈善。
然后線程1接著進(jìn)行加1操作，由于已經(jīng)讀取了inc的值椭蹄，注意此時(shí)在線程1的工作內(nèi)存中inc的值仍然為10闻牡，所以線程1對(duì)inc進(jìn)行加1操作后inc的值為11，然后將11寫入工作內(nèi)存绳矩，最后寫入主存罩润。
那么兩個(gè)線程分別進(jìn)行了一次自增操作后，inc只增加了1翼馆。
解釋到這里割以，可能有朋友會(huì)有疑問，不對(duì)啊写妥，前面不是保證一個(gè)變量在修改volatile變量時(shí)拳球，會(huì)讓緩存行無效嗎？然后其他線程去讀就會(huì)讀到新的值珍特，對(duì)祝峻，這個(gè)沒錯(cuò)。這個(gè)就是上面的happens-before規(guī)則中的volatile變量規(guī)則扎筒，但是要注意莱找，線程1對(duì)變量進(jìn)行讀取操作之后，被阻塞了的話嗜桌，并沒有對(duì)inc值進(jìn)行修改奥溺。然后雖然volatile能保證線程2對(duì)變量inc的值讀取是從內(nèi)存中讀取的，但是線程1沒有進(jìn)行修改骨宠，所以線程2根本就不會(huì)看到修改的值浮定。
大家是不是有這樣的疑問：“線程1在讀取inc為10后被阻塞了相满，沒有進(jìn)行修改所以不會(huì)去通知其他線程，此時(shí)線程2拿到的還是10桦卒，這點(diǎn)可以理解立美。但是后來線程2修改了inc變成11后寫回主內(nèi)存，這下是修改了方灾，線程1再次運(yùn)行時(shí)建蹄，難道不會(huì)去主存中獲取最新的值嗎？按照volatile的定義裕偿，如果volatile修飾的變量發(fā)生了變化洞慎，其他線程應(yīng)該去主存中拿變化后的值才對(duì)啊嘿棘？”
??是不是還有：例子1中線程1先將stop=flase讀取到了工作內(nèi)存中劲腿，然后去執(zhí)行循環(huán)操作，線程2將stop=true寫入到主存后蔫巩，為什么線程1的工作內(nèi)存中stop=false會(huì)變成無效的谆棱？
其實(shí)嚴(yán)格的說快压，對(duì)任意單個(gè)volatile變量的讀/寫具有原子性圆仔，但類似于volatile++這種復(fù)合操作不具有原子性。在《Java并發(fā)編程的藝術(shù)》中有這一段描述：“在多處理器下蔫劣，為了保證各個(gè)處理器的緩存是一致的坪郭，就會(huì)實(shí)現(xiàn)緩存一致性協(xié)議，每個(gè)處理器通過嗅探在總線上傳播的數(shù)據(jù)來檢查自己緩存的值是不是過期了脉幢，當(dāng)處理器發(fā)現(xiàn)自己緩存行對(duì)應(yīng)的內(nèi)存地址被修改歪沃，就會(huì)將當(dāng)前處理器的緩存行設(shè)置成無效狀態(tài)，當(dāng)處理器對(duì)這個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改操作的時(shí)候嫌松，會(huì)重新從系統(tǒng)內(nèi)存中把數(shù)據(jù)讀到處理器緩存里沪曙。”我們需要注意的是萎羔，這里的修改操作液走，是指的一個(gè)操作。
- 例子1中贾陷，因?yàn)槭莣hile語句缘眶，線程會(huì)不斷讀取stop的值來判斷是否為false，每一次判斷都是一個(gè)操作髓废。這里是從緩存中讀取巷懈。單個(gè)讀取操作是具有原子性的，所以當(dāng)例子1中的線程2修改了stop時(shí)慌洪，由于volatile變量的可見性顶燕，線程1再讀取stop時(shí)是最新的值凑保，為true。
- 而例子2中涌攻，為什么自增操作會(huì)出現(xiàn)那樣的結(jié)果呢愉适？可以知道自增操作是三個(gè)原子操作組合而成的復(fù)合操作。在一個(gè)操作中癣漆，讀取了inc變量后维咸，是不會(huì)再讀取的inc的，所以它的值還是之前讀的10惠爽，它的下一步是自增操作癌蓖。
