JAVA并发编程之-Volatile关键字及内存可见性

作者：毕来生
微信：878799579

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1. 什么是JUC?

JUC全称 java.util.concurrent 是在并发编程中很常用的实用工具类

2.Volatile关键字

1、如果一个变量被volatile关键字修饰，那么这个变量对所有线程都是可见的。
2、如果某条线程修改了被Volatile修饰的这个变量值，修改后的值对于其他线程来时是立即可见的。
3、并不是经过Volatile修饰过的变量在多线程下就是安全的
4、多线程间可以使用SynchronousQueue或者Exchanger进行数据之间传递

3.内存可见性

内存可见性(Memory Visibility)是指当某个线程正在使用对象状态 而另一个线程在同时修改该状态,需要确保当一个线程修改了对象 状态后,其他线程能够看到发生的状态变化。
可见性错误是指当读操作与写操作在不同的线程中执行时,我们无法确保执行读操作的线程能适时地看到其他线程写入的值,有时甚至是根本不可能的事情。
原理同CAS原理相同，不懂的同学可以自行百度，附上一张CAS演示图供大家参考

4.实战举例

通过线程来修改变量count的值，使用Volatile关键字修饰和不使用Volatile修饰count变量结果对比。

首先我们来看一下通过内部类实现Runnable，变量<font color="red">使用Volatile关键字</font>修饰演示以及结果

package org.bilaisheng.juc;

/**
 * @Author: bilaisheng
 * @Wechat: 878799579
 * @Date: 2019/1/1 16:29
 * @Todo: 通过内部类实现Runnable，变量使用Volatile关键字修饰演示
 * @Version : JDK11 , IDEA2018
 */
public class NoVolatileTest{

    public static void main(String[] args) {
        NoVolatileThread noVolatileThread = new NoVolatileThread();
        new Thread(noVolatileThread).start();

        while (true){
            if(noVolatileThread.isFlag()){
                System.out.println("flag 此时为true ！");
                break;
            }
        }
    }
}

class NoVolatileThread implements Runnable{

    private boolean flag = false;
    
    @Override
    public void run() {
        try {
            Thread.sleep(500);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        flag = true;

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " flag = " + flag);
    }

    public boolean isFlag() {
        return flag;
    }

    public void setFlag(boolean flag) {
        this.flag = flag;
    }
}

运行结果如下图所示：

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接下来我们来看一下通过内部类实现Runnable，变量<font color="red">不使用Volatile关键字</font>修饰演示以及结果

package org.bilaisheng.juc;

/**
 * @Author: bilaisheng
 * @Wechat: 878799579
 * @Date: 2019/1/1 16:53
 * @Todo: 通过内部类实现Runnable，变量使用Volatile关键字修饰演示
 * @Version : JDK11 , IDEA2018
 */
public class VolatileTest{

    public static void main(String[] args) {
        VolatileThread volatileThread = new VolatileThread();
        new Thread(volatileThread).start();

        while (true){
            // if的判断volatile保证当时确实正确，然后线程a可能处于休眠状态，
            // 线程b也判断不存在，b线程就new了一个。
            // 然后a线程wake up，据需执行new volatile获取最新值。
            if(volatileThread.isFlag()){
                System.out.println("flag 此时为true ！");
                break;
            }
        }
    }
}

class VolatileThread implements Runnable{

    private volatile boolean flag = false;

    @Override
    public void run() {
        try {
            Thread.sleep(500);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        flag = true;

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " flag = " + flag);
    }

    public boolean isFlag() {
        return flag;
    }

    public void setFlag(boolean flag) {
        this.flag = flag;
    }
}

运行结果如下图所示：

通过对比我们发现在通过Volatile修饰和不通过Volatile修饰的变量，输出结果竟然会有些偏差。到底是为什么呢?

我们逐步拆解上面代码执行步骤：

1、针对于不使用Volatile关键字修饰变量：

• 步骤一：默认flag = false;
• 步骤二main线程的缓存区域没有刷新 flag的值。所以flag 还是false。故没有输出<flag 此时为true ！>
• 步骤三：子线程输出 Thread-0 flag = true

2、针对于使用Volatile关键字修饰变量：

• 步骤一：默认flag = false;
• 步骤二：主线程看到flag是被Volatile关键字修饰的变量。则获取最新的flag变量值，此时flag = true。故输出<flag 此时为true ！>
• 步骤三：子线程输出 Thread-0 flag = true

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5. Volatile的优点

可见性：被Volatile修饰的变量可以马上刷新主内存中的值，保证其他线程在获取时可以获取最新值，所有线程看到该变量的值均相同。

轻量级的synchronized，高并发下保证变量的可见性。

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6.Volatile的缺点

1、频繁刷新主内存中变量，可能会造成性能瓶颈

2、不具备操作的原子性，不适合在对该变量的写操作依赖于变量本身自己。例如i++，并不能通过volatile来保证原子性

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