Java并发基础（七）——volatile与Java内存模型（JMM）

桃扇骨 2022-03-17 00:25 227阅读 0赞

Java内存模型是围绕着原子性、有序性和可见性来展开的。为了在适当的场合，确保线程间的有序性、可见性和原子性。Java使用了一些特殊的操作或关键字来声明、告诉虚拟机，在这个地方要尤其注意，不能随意变动优化目标指令。关键字volatile就是其中之一。

volatile翻译成中文是“易变的、不稳定的”的意思，这就是它的语义。

当使用关键字volatile声明一个变量时，就等于告诉虚拟机这个变量极有可能会被某些程序或线程修改。为了确保这个变量被修改后，应用程序范围内的所有线程都能够看到这个改变，虚拟机就必须采用一些特殊手段来保证这个变量的可见性等特点。

比如，根据编译器的优化规则，如果不使用关键字volatile声明变量，那这个变量在被修改后，其他线程可能并不会被通知到，甚至在别的线程中，看到变量的修改顺序都会是反的。一旦使用关键字volatile，虚拟机就会特别小心的处理这种情况。

在前面介绍原子性时，再结合这里可以看出，volatile对保证操作的原子性有非常大的帮助。但需要注意的是volatile并不能代替锁，它也无法保证一些复合操作的原子性。比如下面的例子，通过volatile是无法保证i++的原子性操作的。

static volatile int i = 0;
    
        public static class PlusTask implements Runnable{
            @Override
            public void run(){
                for (int k = 0; k < 10000; k ++)
                    i ++;
            }
        }
    
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            Thread[] threads = new Thread[10];
            for (int i = 0; i < 10; i ++){
                threads[i] = new Thread(new PlusTask());
                threads[i].start();
            }
            for(int i = 0; i < 10; i ++){
                threads[i].join();
            }
            System.out.println(i);
        }

上述代码中，打印的结果是变化的。其实在run()方法的中i++原子性的，其最终结果是100000（10个线程累加10000）。但实际上，打印的结果总是变化的，且小于100000。

此外，volatile也能保证数据的可见性和有序性。看下面的例子：

public class NoVisibility {
    
        private static boolean ready;
    
        private static int number;
    
    
        public static class ReaderThread extends Thread{
            @Override
            public void run(){
                while (!ready);
                System.out.println(number);
            }
        }
    
    
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
            new ReaderThread().start();
            Thread.sleep(1000);
            number = 42;
            ready = true;
            Thread.sleep(10000);
        }
    }

上述代码中，ReaderThread线程只有在ready=true时，才会打印number的值。它通过ready变量判断是否应该打印。在主线程中，开启ReaderThread后，就为number和ready赋值，并期望ReadyThread能够看到这些变化并将数据输出。

在虚拟机的Client模式下，由于JIT（即时编译）并没有做足够的优化，在主线程修改ready修改变量的状态后，ReaderThread可以发现这个改动，并退出程序。但在Server模式下，由于系统优化的结果，ReaderThread线程无法“看到”主线程中的修改，这显然不是我们想看到的结果。这个问题就是一个典型的可见性问题。

注意：可以使用Java虚拟机参数-server切换到Server模式。

和原子性问题一样，只要简单的使用vloatile声明ready变量，告诉Java虚拟机，这个变量可能会在不同的线程中修改 。这样就可以顺利解决这个问题了。

注：以上内容参考《实战Java高并发程序设计（第2版）》。