Java併發之volatile關鍵字

引言

說到多線程,我以爲咱們最重要的是要理解一個臨界區概念。

舉個例子，一個班上1個女孩子（臨界區），49個男孩子（線程），男孩子的目標就是這一個女孩子，就是會有競爭關係（線程安全問題）。推廣到實際場景，例如對一個數相加或者相減等等情形，由於操做對象就只有一個，在多線程環境下，就會產生線程安全問題。理解臨界區概念，咱們對多線程問題能夠有一個好意識。

Jav內存模型（JMM)

談到多線程就應該瞭解一下Java內存模型（JMM）的抽象示意圖.下圖：

線程A和線程B執行的是時候，會去讀取共享變量（臨界區），而後各自拷貝一份回到本身的本地內存，執行後續操做。
JMM模型是一種規範，就像Java的接口同樣。JMM會涉及到三個問題：原子性，可見性，有序性。
所謂原子性。就是說一個線程的執行會不會被其餘線程影響的。他是不可中斷的。舉個例子:

int i=1

這個語句在Jmm中就是原子性的。不管是一個線程執行仍是多個線程執行這個語句，讀出來的i就是等於1。那什麼是非原子性呢，按道理若是Java的代碼都是原子性，應該就不會有線程問題了啊。其實JMM這是規定某些語句是原子性罷了。舉個非原子性例子：

i ++;

這個操做就不是原子性的了。由於他就是包含了三個操做:第一讀取i的值，第二將i加上1，第三將結果賦值回來給i，更新i的值。
所謂可見性。可見性表示若是一個值在線程A修改了，線程B就會立刻知道這個結果。
所謂有序性。所謂有序性值的是語意的有序性。就是說代碼順序可能會發生變化。由於有一個指令重排機制。所謂指令重排，他會改變代碼執行順序，爲了讓cpu執行效率更高。爲了防止重排序出錯，JMM有個happen-before規則，這個規則限制了那些語句執行在前，那些語句執行在後。
Happen-before：
程序順序原則：一個線程內保證語義的串行性
volatile原則：volatile變量的寫發生在讀以前
鎖規則：先加鎖再解鎖
傳遞性：a先於b，b先於c，則a一定先於c
線程的start方法先於他的每個操做
線程全部的操做先於線程的終結
對象的構造函數執行、結束先於finalize()方法。

volatile

進入正題，volatile能夠保證變量（臨界區）的可見性以及有序性，可是不能保證原子性。舉個例子：

public class VolatileTest implements Runnable{
    private static VolatileTest volatileTest = new VolatileTest();
    private  static volatile int i= 0;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        for (int j = 0; j < 20; j++) {
            Thread a = new Thread(new VolatileTest());
            Thread b = new Thread(new VolatileTest());
            a.start();b.start();
            a.join();b.join();
            System.out.print(i+"&&");
        }

    }
    
    @Override
    public void run() {
        for (int j = 0; j < 1000; j++) {
            i++;
        }
    }

}

// 輸出結果
// 2000&&4000&&5852&&7852&&9852&&11852&&13655&&15655&&17655&&19655&&21306     
//&&22566&&24566&&26189&&28189&&30189&&32189&&34189&&36189&&38089&&

有結果看到有問題，雖然i已經添加了volatile關鍵字，說明volatile關鍵字不能保證i++的原子性。

那什麼場景適合使用volatile關鍵字

1. 輕量級的「讀-寫鎖」策略
   

private volatile int value;
public int getValue(){ return value;}
public synchronized void doubleValue(){ value = value*value; }

2.單例模式（雙檢查鎖機制

private volatile static Singleton instace;   
public static Singleton getInstance(){  // 沒有使用同步方法，而是同步方法塊
    //第一次null檢查 ，利用volatile的線程間可見性，不須要加鎖，性能提升    
    if(instance == null){            
        synchronized(Singleton.class) {    //鎖住類對象，阻塞其餘線程
            //第二次null檢查，以保證不會建立重複的實例       
            if(instance == null){       
                instance = new Singleton(); // 禁止重排序
            }  
        }           
    }  
    return instance;

參考

《現代操做系統（第三版）中文版》
《實戰Java高併發程序設計》
《Java併發編程的藝術》

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