关于volatile解决内存可见性问题（保证线程安全）

本是古典何须时尚 2024-03-30 10:45 76阅读 0赞

Volatile是和内存可见性问题是密切相关的。先看下面一段代码，执行结果是什么？

class MyCount{
        public int flag = 0;
    }
    public class ThreadDemo15 {
        public static void main(String[] args) {
            MyCount myCount = new MyCount();
            Thread t1 = new Thread(()->{
                while (myCount.flag == 0){
                    //循环体代码
                }
                System.out.println("t1 线程循环执行结束");
            });
    
            Thread t2 = new Thread(()->{
                Scanner sc = new Scanner(System.in);
                System.out.println("给flag赋予非0值");
                myCount.flag = sc.nextInt();
            });
    
            t1.start();
            t2.start();
        }
    }

运行结果如下：

![d455eca487384a149f593ef5eba170b9.png][]

我们的预期是t2把flag改成非О的值之后, t1随之就结束循环了。但是，此时无论怎么给flag赋予非零值，t1线程一直处理循环没有结束，也就是说t1线程拿到的flag是0。

这种情况就是一种内存可见性问题，这段代码实际上是有bug的，涉及到一个线程读一个线程修改，是一个线程不安全问题。下面再来探究一下为什么t1线程总是拿到的是0：

![8e1050173b474a3cb4a67a302dea189b.png][]

t1线程这里循环体的判断是要分成两个步骤的，先是load，把内存中flag的值读取到寄存器里，然后再是cmp，把寄存器的值和0进行比较，CPU针对寄存器的操作要比内存操作快3-4个数量级，计算机对于内存的操作比硬盘快3-4个数量级。根据比较结果,决定下一步往哪个地方执行。在t2线程真正修改flag值之前，t1线程的循环已经执行了很多次了，而且t1线程load的结果都是一样的。这里会涉及到编译器的优化问题，由于load是在内存中进行加载，执行的速度太慢了（相对于cmp来说），在加上反复load的结果是一样的，JVM就认为不用再重复的load了，认为flag的值没有修改，认为只读一次就好了，这就是编译器的一种优化方式。

一个线程针对一个变量进行读取操作，同时另一个线程针对这个变量进行修改，此时读到的值不一定就是修改后的值，这个读线程没有感知到变量的变化，这就是一种内存可见性问题。此时需要手动干预，可以给flag这个变量加上volatile关键字，这样每一次的读取操作都要重新读取到这个变量的内存内容，就不会进行优化操作了。

class MyCount{
        volatile public int flag = 0;
    }

![dc903001f4e94db89e6bdf28f116199a.png][]

**下面是来自于Java官方文档的对于内存可见性问题的解释：**

从JMM（Java内存模型）的角度重新表述内存可见性问题:

Java程序里,有主内存,每个线程还有自己的工作内存。

t1线程进行读取的时候,只是读取了自己工作内存的值。

t2线程进行修改的时候,先修改的自己工作内存的值,然后再把工作内存的内容同步到主内存中。但是由于编译器优化,导致t1没有重新的从主内存同步数据到自己工作内存，读到的结果就是"修改之前”的结果。

在最开始的代码解释中，我只用了内存和寄存器两种概念，但是其实内存和寄存器之间的存储读取的速度差异实在是太大了，在他们中间还有一种高速缓存器cache，因为不同cup的cache不一样，所以应该是为了避免这种差异，统一叫做工作内存。

#### **总结：**volatile是不保证原子性的，原子性是靠synchronized来保证的。但是volatile和synchronized都能保证线程安全。在多线程中，针对同一个变量，一个线程进行读取，一个线程进行修改，那么加上volatile关键字可以保证线程安全问题。 ####

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