你真的瞭解volatile嗎，關於volatile的那些事

很早就接觸了volatile，可是並無特別深刻的去研究她，只有一個朦朧的概念，就是以爲

用她來解決可見性的，但可見性又是什麼呢？

最近通過查閱各類資料，並結合本身的思考和實踐，對volatile有了比較深入的認識，

在此總結並分享給你們。

可見性

如何理解可見性，仍是來看個會出現死循環的例子：

（注意：運行時請加上jvm參數：-server，while循環內不要有標準輸出）：

 

 這是爲何呢？先來看看java的內存模型，以下圖：

 

java內存分爲工做內存和主存
工做內存：即java線程的本地內存，是單獨給某個線程分配的，存儲局部變量等，同時也會複製主存的共享變量做爲本地
的副本，目的是爲了減小和主存通訊的頻率，提升效率。
主存：存儲類成員變量等

可見性是指的是線程訪問變量是不是最新值。
局部變量不存在可見性問題，而共享內存就會有可見性問題，
由於本地線程在建立的時候，會從主存中讀取一個共享變量的副本，且修改也是修改副本，
且並非當即刷新到主存中去，那麼其餘線程並不會立刻共享變量的修改。
所以，線程B修改共享變量後，線程A並不會立刻知曉，就會出現上述死循環的問題。

解決共享變量可見性問題，須要用volatile關鍵字修飾。
以下圖代碼就不會出現死循環：

 

那麼爲何能解決死循環的問題呢？
可見性的特性總結爲如下2點：
1. 對volatile變量的寫會當即刷新到主存
2. 對volatile變量的讀會讀主存中的新值
能夠用以下圖更清晰的描述: 

 

如此一來，就不會出現死循環了。

爲了能更深入的理解volatile的語義，咱們來看下面的時序圖，回答這2個問題：

問題1：t2時刻，若是線程A讀取running變量，會讀取到false，仍是等待線程B執行完呢？
答案是否認的，volatile並無鎖的特性。
問題2：t4時刻，線程A是否必定能讀取到線程B修改後的最新值
答案是確定的，線程A會從從新從主存中讀取running的最新值。

還有一種辦法也能夠解決死循環的問題：

雖然running變量上沒有volatile關鍵字修飾，可是讀和寫running都是同步方法

同步塊存在以下語義：
1.進入同步塊，訪問共享變量會去讀取主存
2.退出同步塊，本地內存對共享變量的修改會當即刷新到主存
所以上述代碼不會出現死循環。

volatile變量的原子性
我看了不少文章，有些文章甚至是出版的書籍都說volatile不是原子的，
他們舉的例子是i++操做，i++自己不是原子操做，是讀並寫，我這裏要講的原子性
指的是寫操做，原子性的特別總結爲2點：
1. 對一個volatile變量的寫操做，只有全部步驟完成，才能被其它線程讀取到。
2. 多個線程對volatile變量的寫操做本質上是有前後順序的。也就是說併發寫沒有問題。
這樣說也許讀者感受不到和非volatile變量有什麼區別，我來舉個例子：
//線程1初始化User
User user;
user = new User();
//線程2讀取user
if(user!=null){
user.getName();
}
在多線程併發環境下，線程2讀取到的user可能未初始化完成
具體來看User user = new User的語義：
1：分配對象的內存空間
2：初始化對線
3：設置user指向剛分配的內存地址
步驟2和步驟3可能會被重排序，流程變爲
1->3->2
這些線程1在執行完第3步而還沒來得及執行完第2步的時候，若是內存刷新到了主存，
那麼線程2將獲得一個未初始化完成的對象。所以若是將user聲明爲volatile的，那麼步驟2,3
將不會被重排序。
下面咱們來看一個具體案例，一個基於雙重檢查的懶加載的單例模式實現：

 

這個單例模式看起來很完美，若是instance爲空，則加鎖，只有一個線程進入同步塊
完成對象的初始化，而後instance不爲空，那麼後續的全部線程獲取instance都不用加鎖，
從而提高了性能。
可是咱們剛纔講了對象賦值操做步驟可能會存在重排序，
即當前線程的步驟4執行到一半，其它線程若是進來執行到步驟1，instance已經不爲null，
所以將會讀取到一個沒有初始化完成的對象。
但若是將instance用volatile來修飾，就徹底不同了，對instance的寫入操做將會變成一個原子
操做，沒有初始化完，就不會被刷新到主存中。
修改後的單例模式代碼以下：

 

對volatile理解的誤區

不少人會認爲對volatile變量的全部操做都是原子性的，好比自增i++

這實際上是不對的。

看以下代碼：

若是i++的操做是線程安全的，那麼預期結果應該是i=20000

然而運行的結果是：11349說明i++存在併發問題i++語義是i=i+1分爲2個步驟步驟1：讀取i=0步驟2：計算i+1=1，並從新賦值給i 那麼可能存在2個線程同時讀取到i=0，並計算出結果i=1而後賦值給i那麼就得不到預期結果i=2。這個問題說明了2個問題：1.i++這種操做不是原子操做2.volatile 並不會有鎖的特性