java中volatile關鍵字的含義

在java線程併發處理中,有一個關鍵字volatile的使用目前存在很大的混淆,以爲使用這個關鍵字,在進行多線程併發處理的時候就可以萬事大吉。

Java語言是支持多線程的,爲了解決線程併發的問題,在語言內部引入了 同步塊 和 volatile 關鍵字機制。

synchronized

同步塊大家都比較熟悉,通過 synchronized 關鍵字來實現,所有加上synchronized 和 塊語句,在多線程訪問的時候,同一時刻只能有一個線程能夠用

synchronized 修飾的方法 或者 代碼塊。

volatile

用volatile修飾的變量,線程在每次使用變量的時候,都會讀取變量修改後的最的值。volatile很容易被誤用,用來進行原子性操作。

下面看一個例子,我們實現一個計數器,每次線程啓動的時候,會調用計數器inc方法,對計數器進行加一

執行環境——jdk版本:jdk1.6.0_31 ,內存 :3G cpu:x86 2.4G

public class Counter {

    public static int count = 0;

    public static void inc() {

        //這裏延遲1毫秒,使得結果明顯
        try {
            Thread.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
        }

        count++;
    }

    public static void main(String[] args) {

        //同時啓動1000個線程,去進行i++計算,看看實際結果

        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    Counter.inc();
                }
            }).start();
        }

        //這裏每次運行的值都有可能不同,可能爲1000
        System.out.println("運行結果:Counter.count=" + Counter.count);
    }
}

運行結果:Counter.count=995
實際運算結果每次可能都不一樣,本機的結果爲:運行結果:Counter.count=995,可以看出,在多線程的環境下,Counter.count並沒有期望結果是1000
很多人以爲,這個是多線程併發問題,只需要在變量count之前加上volatile就可以避免這個問題,那我們在修改代碼看看,看看結果是不是符合我們的期望

public class Counter {

    public volatile static int count = 0;

    public static void inc() {

        //這裏延遲1毫秒,使得結果明顯
        try {
            Thread.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
        }

        count++;
    }

    public static void main(String[] args) {

        //同時啓動1000個線程,去進行i++計算,看看實際結果

        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    Counter.inc();
                }
            }).start();
        }

        //這裏每次運行的值都有可能不同,可能爲1000
        System.out.println("運行結果:Counter.count=" + Counter.count);
    }
}

運行結果:Counter.count=992

運行結果還是沒有我們期望的1000,下面我們分析一下原因

在 java 垃圾回收整理一文中,描述了jvm運行時刻內存的分配。其中有一個內存區域是jvm虛擬機棧,每一個線程運行時都有一個線程棧,

線程棧保存了線程運行時候變量值信息。當線程訪問某一個對象時候值的時候,首先通過對象的引用找到對應在堆內存的變量的值,然後把堆內存

變量的具體值load到線程本地內存中,建立一個變量副本,之後線程就不再和對象在堆內存變量值有任何關係,而是直接修改副本變量的值,

在修改完之後的某一個時刻(線程退出之前),自動把線程變量副本的值回寫到對象在堆中變量。這樣在堆中的對象的值就產生變化了。下面一幅圖

描述這寫交互

這裏寫圖片描述

read and load 從主存複製變量到當前工作內存
use and assign 執行代碼,改變共享變量值
store and write 用工作內存數據刷新主存相關內容

其中use and assign 可以多次出現

但是這一些操作並不是原子性,也就是 在read load之後,如果主內存count變量發生修改之後,線程工作內存中的值由於已經加載,不會產生對應的變化,所以計算出來的結果會和預期不一樣

對於volatile修飾的變量,jvm虛擬機只是保證從主內存加載到線程工作內存的值是最新的

例如假如線程1,線程2 在進行read,load 操作中,發現主內存中count的值都是5,那麼都會加載這個最新的值

在線程1堆count進行修改之後,會write到主內存中,主內存中的count變量就會變爲6

線程2由於已經進行read,load操作,在進行運算之後,也會更新主內存count的變量值爲6

導致兩個線程及時用volatile關鍵字修改之後,還是會存在併發的情況。

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