关于Java中volatile关键字可见性的补充说明

约定不等于承诺〃 2022-02-05 08:45 227阅读 0赞

声明：本文不是一篇讲解volatile的技术文，只是在学习volatile过程中遇到的问题的记录以及自己的理解，要想全面的了解volatile关键字，可以去看其他大佬的技术博客，我自己就是个菜鸟。

我是通过[海子的博客][Link 1]来学习volatile关键字的，在学习的过程中，遇到一些困惑，翻到下面的评论列表，发现也有一些人跟我有一样的困惑，虽然一些人给出了答案，我也稍微明白了一点，但总感觉不是特别的清晰。后来在看《深入理解Java虚拟机》的过程中总算搞懂了。下面就说一下我之前遇到的问题。  
他的博客中有这样一个例子：

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)  //保证前面的线程都执行完
                Thread.yield();
            System.out.println(test.inc);
        }
    }

运行它会发现每次运行结果都不一致，都是一个小于10000的数字。  
因为volatile只保证可见性，但不能保证原子性。  
下面这段话摘抄自原博客：

> 在前面已经提到过，自增操作是不具备原子性的，它包括读取变量的原始值、进行加1操作、写入工作内存。那么就是说自增操作的三个子操作可能会分割开执行，就有可能导致下面这种情况出现：  
> 假如某个时刻变量inc的值为10，  
> 线程1对变量进行自增操作，线程1先读取了变量inc的原始值，然后线程1被阻塞了；  
> 然后线程2对变量进行自增操作，线程2也去读取变量inc的原始值，由于线程1只是对变量inc进行读取操作，而没有对变量进行修改操作，所以不会导致线程2的工作内存中缓存变量inc的缓存行无效，所以线程2会直接去主存读取inc的值，发现inc的值时10，然后进行加1操作，并把11写入工作内存，最后写入主存。  
> 然后线程1接着进行加1操作，由于已经读取了inc的值，注意此时在线程1的工作内存中inc的值仍然为10，所以线程1对inc进行加1操作后inc的值为11，然后将11写入工作内存，最后写入主存。  
> 那么两个线程分别进行了一次自增操作后，inc只增加了1。  
> 解释到这里，可能有朋友会有疑问，不对啊，前面不是保证一个变量在修改volatile变量时，会让缓存行无效吗？然后其他线程去读就会读到新的值，对，这个没错。这个就是上面的happens-before规则中的volatile变量规则，但是要注意，线程1对变量进行读取操作之后，被阻塞了的话，并没有对inc值进行修改。然后虽然volatile能保证线程2对变量inc的值读取是从内存中读取的，但是线程1没有进行修改，所以线程2根本就不会看到修改的值。  
> 根源就在这里，自增操作不是原子性操作，而且volatile也无法保证对变量的任何操作都是原子性的。

文中对这个结果进行了解释，但这句话：

> 但是要注意，线程1对变量进行读取操作之后，被阻塞了的话，并没有对inc值进行修改。然后虽然volatile能保证线程2对变量inc的值读取是从内存中读取的，但是线程1没有进行修改，所以线程2根本就不会看到修改的值。

解释了线程2执行过程，但没有说明线程1的值为什么还是原来的值没有改变，所以导致了一部分人包括我对这部分有点不理解。按我们的理解，线程1取到值，阻塞了，线程2取值，+1，写到主内存，这个时候线程1的工作内存的值应该失效了阿，应该从主存再请求一次值吧？后来看了《深入理解Java虚拟机》才明白。

自增包括3个步骤，读取变量，加1操作，将新的变量放到工作内存中。首先线程1读取变量，将inc原始值10放入到操作数栈顶，此时变量是最新值，之后线程1阻塞了，保存当前线程的状态，指针指向下一步要操作的指令即加1操作，而后切换至线程2，线程2也从主内存读取变量inc，值为10，加1操作后值为11，并把11写入工作内存，由于保证了可见性，所以11立即刷新到主内存中，此时线程2的工作内存和主内存inc的值都是11。重新切换回线程1，恢复线程1的状态，执行指针所指向的指令，即加1操作。这里就有一个问题，工作内存中的值为10，明明已经过期失效了，为什么没有重新去读取，然后再执行后续的操作？这是因为上一步已经读取完了，操作数栈中已经存在了inc变量的值，并不会重新去读取，指针指向了加1的指令，那它就直接去执行这个加1的操作。而数据失效只有去读取了才会发现已经失效了，否则怎么会知道。所以只会在下一次要去读取的时候发现缓存行失效了，强制要从主内存读取最新的值。可见性保证的就是当前去读取的值一定是最新的值，至于读取完后这个变量是不是已经修改了那它就不管了，只能下一次读取的时候再说。其它这也是volatile不保证原子性的原因。

以上是我个人的理解，如有错误请告知，谢谢！

参考链接：  
[Java并发编程：volatile关键字解析][Link 1]

《深入理解Java虚拟机》

[Link 1]: https://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920373.html