【多線程系列】Volatile總結之同步問題

                             

                    Volatile總結之同步問題

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。

意思就是說，如果一個變量加了volatile關鍵字，就會告訴編譯器和JVM的內存模型：這個變量是對所有線程共享的、可見的，每次jvm都會讀取最新寫入的值並使其最新值在所有CPU可見。volatile似乎是有時候可以代替簡單的鎖，似乎加了volatile關鍵字就省掉了鎖。但又說volatile不能保證原子性（java程序員很熟悉這句話：volatile僅僅用來保證該變量對所有線程的可見性，但不保證原子性）。這不是互相矛盾嗎？

1.Volatile不具有原子性

2.告訴jvm該變量爲所有線程共享的,Cpu執行時不進行線程間上下文環境切換,提高效率

3.不要將volatile用在getAndOperate場合，僅僅set或者get的場景是適合volatile的

 

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

public class Demo1 extends Thread {
	 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() {
	                	Demo1.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=" + Demo1.count);
	    }

}

運行結果:Counter.count=990

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 Demo1 extends Thread {
	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() {
                	Demo1.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=" + Demo1.count);
    }
}

運行結果:Counter.count=970

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：

 

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。