Java多线程（四）：volatile

Dear 丶 2021-12-08 23:23 356阅读 0赞

## volatile ##

volatile是一种轻量同步机制。请看例子  
MyThread25类

public class MyThread25 extends Thread{ private boolean isRunning = true; public boolean isRunning() { return isRunning; } public void setRunning(boolean isRunning) { this.isRunning = isRunning; } public void run() { System.out.println("进入run了"); while (isRunning == true){} System.out.println("线程被停止了"); } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { MyThread25 mt = new MyThread25(); mt.start(); Thread.sleep(1000); mt.setRunning(false); System.out.println("已设置为false"); } }

输出结果如下

进入run了
    已设置为false

为什么程序始终不结束？说明mt.setRunning(false);没有起作用。  
这里我们说下Java内存模型（JMM）  
java虚拟机有自己的内存模型（Java Memory Model，JMM），JMM可以屏蔽掉各种硬件和操作系统的内存访问差异，以实现让java程序在各种平台下都能达到一致的内存访问效果。  
JMM定义了线程和主内存之间的抽象关系：共享变量存储在主内存(Main Memory)中，每个线程都有一个私有的本地内存（Local Memory），本地内存保存了被该线程使用到的主内存的副本，线程对变量的所有操作都必须在本地内存中进行，而不能直接读写主内存中的变量。这三者之间的交互关系如下  
![1201453-20190704101753072-1726414644.png][]

出现上述运行结果的原因是，主内存isRunning = true， mt.setRunning(false)设置主内存isRunning = false，本地内存中isRunning仍然是true，线程用的是本地内存，所以进入了死循环。

在isRunning前加上volatile  
private volatile boolean isRunning = true;  
输出结果如下

进入run了
    已设置为false
    线程被停止了

## volatile不能保证原子类线程安全 ##

先看例子  
MyThread26\_0类，用volatile修饰num

public class MyThread26_0 extends Thread { public static volatile int num = 0; //使用CountDownLatch来等待计算线程执行完 static CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(30); @Override public void run() { for(int j=0;j<1000;j++){ num++;//自加操作 } countDownLatch.countDown(); } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { MyThread26_0[] mt = new MyThread26_0[30]; //开启30个线程进行累加操作 for(int i=0;i<mt.length;i++){ mt[i] = new MyThread26_0(); } for(int i=0;i<mt.length;i++){ mt[i].start(); } //等待计算线程执行完 countDownLatch.await(); System.out.println(num); } }

输出结果如下

25886

理论上，应该输出30000。原子操作表示一段操作是不可分割的，因为num++不是原子操作，这样会出现线程对过期的num进行自增，此时其他线程已经对num进行了自增。  
num++分三步：读取、加一、赋值。  
结论：  
**volatile只会对单个的的变量读写具有原子性，像num++这种复合操作volatile是无法保证其原子性的**  
解决方法：  
用原子类AtomicInteger的incrementAndGet方法自增

public class MyThread26_1 extends Thread { //使用原子操作类 public static AtomicInteger num = new AtomicInteger(0); //使用CountDownLatch来等待计算线程执行完 static CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(30); @Override public void run() { for(int j=0;j<1000;j++){ num.incrementAndGet();//原子性的num++,通过循环CAS方式 } countDownLatch.countDown(); } public static void main(String []args) throws InterruptedException { MyThread26_1[] mt = new MyThread26_1[30]; //开启30个线程进行累加操作 for(int i=0;i<mt.length;i++){ mt[i] = new MyThread26_1(); } for(int i=0;i<mt.length;i++){ mt[i].start(); } //等待计算线程执行完 countDownLatch.await(); System.out.println(num); } }

输出结果如下

30000

## 原子类方法组合使用线程不安全 ##

例子如下  
ThreadDomain27类

public class ThreadDomain27 { public static AtomicInteger aiRef = new AtomicInteger(); public void addNum() { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "加了100之后的结果：" + aiRef.addAndGet(100)); aiRef.getAndAdd(1); } }

MyThread27类

public class MyThread27 extends Thread{ private ThreadDomain27 td; public MyThread27(ThreadDomain27 td) { this.td = td; } public void run() { td.addNum(); } public static void main(String[] args) { try { ThreadDomain27 td = new ThreadDomain27(); MyThread27[] mt = new MyThread27[5]; for (int i = 0; i < mt.length; i++) { mt[i] = new MyThread27(td); } for (int i = 0; i < mt.length; i++) { mt[i].start(); } Thread.sleep(1000); System.out.println(ThreadDomain27.aiRef.get()); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }

输出结果如下

Thread-2加了100之后的结果：100
    Thread-3加了100之后的结果：200
    Thread-0加了100之后的结果：302
    Thread-1加了100之后的结果：403
    Thread-4加了100之后的结果：504
    505

理想的输出结果是100，201，302...，因为addAndGet方法和getAndAdd方法构成的addNum不是原子操作。  
解决该问题只需要在addNum加上synchronized关键字。  
输出结果如下

Thread-1加了100之后的结果：100
    Thread-0加了100之后的结果：201
    Thread-2加了100之后的结果：302
    Thread-3加了100之后的结果：403
    Thread-4加了100之后的结果：504
    505

结论：  
**volatile解决的是变量在多个线程之间的可见性，但是无法保证原子性。  
synchronized不仅保障了原子性外，也保障了可见性。**

## volatile和synchronized比较 ##

先看实例，使用volatile是什么效果  
CountDownLatch保证10个线程都能执行完成，当然你也可以在System.out.println(test.inc);之前使用Thread.sleep(xxx)

public class MyThread28 { //使用CountDownLatch来等待计算线程执行完 static CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(10); public volatile int inc = 0; public void increase() { inc++; } public static synchronized void main(String[] args) throws InterruptedException { final MyThread28 test = new MyThread28(); for(int i=0;i<10;i++){ new Thread(){ public void run() { for(int j=0;j<1000;j++) test.increase(); countDownLatch.countDown(); } }.start(); } countDownLatch.await(); System.out.println(test.inc); } }

运行结果如下

9677

每次运行结果都不一致。刚才我已经解释过，这里我再解释一遍。  
使用volatile修饰int型变量i，多个线程同时进行i++操作。比如有两个线程A和B对volatile修饰的i进行i++操作，i的初始值是0，A线程执行i++时从本地内存刚读取了i的值0（i++不是原子操作），就切换到B线程了，B线程从本地内存中读取i的值也为0，然后就切换到A线程继续执行i++操作，完成后i就为1了，接着切换到B线程，因为之前已经读取过了，所以继续执行i++操作，最后的结果i就为1了。同理可以解释为什么每次运行结果都是小于10000的数字。

解决方法：  
使用synchronized关键字

public class MyThread28 { //使用CountDownLatch来等待计算线程执行完 static CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(10); public int inc = 0; public synchronized void increase() { inc++; } public static synchronized void main(String[] args) throws InterruptedException { final MyThread28 test = new MyThread28(); for(int i=0;i<10;i++){ new Thread(){ public void run() { for(int j=0;j<1000;j++) test.increase(); countDownLatch.countDown(); } }.start(); } countDownLatch.await(); System.out.println(test.inc); } }

输出结果如下

10000

synchronized不管是否是原子操作，它能保证同一时刻只有一个线程获取锁执行同步代码，会阻塞其他线程。  
结论：  
**volatile只能用在变量，synchronized可以在变量、方法上使用。  
volatile不会造成线程阻塞，synchronized会造成线程阻塞。  
volatile效率比synchronized高。**

转载于:https://www.cnblogs.com/Java-Starter/p/11130632.html

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