首先volatile有兩大功能：
保證線程可見性
禁止指令重排序
1、保證線程可見性
首先我們來看這樣一個(gè)程序，其中不加volatile關(guān)鍵字運(yùn)行的結(jié)果截然不同，加上volatile程序能夠正常結(jié)束，不加則程序進(jìn)入死循環(huán)；
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package com.designmodal.design.juc01;import java.util.concurrent.TimeUnit;/** * @author D-L * @Classname T001_volatile * @Version 1.0 * @Description volatile 保證線程的可見性 * @Date 2020/7/19 17:30 */public class T001_volatile { //定義一個(gè)變量running volatile boolean running = true; public void m(){ while(running){ //TODO 不做任何的處理 System.out.println("while is running When can I stop -------------"); } System.out.println("method is end ---------------"); } public static void main(String[] args) { T001_volatile t001_volatile = new T001_volatile(); new Thread(t001_volatile::m , "Thread t1").start(); //停一秒 try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } //修改running的值 t001_volatile.running = false; }} |
通過上面的小程序說明volatile是具有保證線程之間的可見性的功能的，具體是如何實(shí)現(xiàn)的呢？下面給大家解釋一下：
之前在上一篇講synchronized時(shí)提到了 堆內(nèi)存是線程共享的，而線程在工作時(shí)有自己的工作內(nèi)存，對(duì)于共享變量running來說，線程1和線程2在運(yùn)行的時(shí)候先把running變量copy到自己工作內(nèi)存，對(duì)這個(gè)變量的改變都是在自己的工作內(nèi)存中，并不會(huì)直接的反映到其他線程，如果加了volatile，running變量改變其他線程很快就會(huì)知道，這就是線程的可見性；
這里用到的是：MESI(CPU緩存一致性協(xié)議) MESI的主要思想：當(dāng)CPU寫數(shù)據(jù)時(shí)，如果該變量是共享數(shù)據(jù)，給其他CPU發(fā)送信號(hào)，使得其他的CPU中的該變量的緩存行無效；歸根結(jié)底這里需要借助硬件來幫助我們。
volatile保證線程可見性但是不能代替synchronized：
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package com.designmodal.design.juc01;import java.util.ArrayList;import java.util.List;/** * @author D-L * @Classname VolatileAndSynchronized * @Version 1.0 * @Description synchronized can not be replaced by volatile * volatile 不能代替synchronized * 只能保證可見性 不能保證原子性 * count++ 不是原子性操作 * @Date 2020/xx/xx 23:25 */public class VolatileAndSynchronized { volatile int count = 0; public synchronized void m(){ for (int i = 0; i < 1000; i++) { //非原子性操作 匯編指令至少有三條 count++; } } public static void main(String[] args) { VolatileAndSynchronized v = new VolatileAndSynchronized(); List<Thread> threads = new ArrayList<>(); for (int i = 0; i < 10; i++) { threads.add(new Thread(v::m , "Thread"+ i)); } threads.forEach(o ->o.start()); threads.forEach(o ->{ try { o.join(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }); System.out.println(v.count); }} |
2、禁止指令重排序
指令重排序也是和CPU有關(guān)系，加了volatile之后，每次寫都會(huì)背線程看到。CPU原來執(zhí)行指令時(shí)，是按照一步一步順序來執(zhí)行的，但是CPU為了提高效率它會(huì)把指令并發(fā)來執(zhí)行，第一個(gè)指令執(zhí)行到一半的時(shí)候第二條指令就可能已經(jīng)開始執(zhí)行了，這叫流水線式的執(zhí)行；為了充分的利用CPU，就要求編譯器把編譯完的源碼指令，可能會(huì)進(jìn)行一個(gè)指令重新排序；這種架構(gòu)通過實(shí)際驗(yàn)證，很大效率上提高了CPU的使用效率。
下面從一個(gè)面試題來討論一下指令重排序：
面試官:你聽過單例模式嗎？
你：當(dāng)然聽過，不然沒法聊了。
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package com.designmodal.design.juc01;import java.util.concurrent.TimeUnit;/** * @author D-L * @Classname T002_volatile * @Version 1.0 * @Description volatile 指令重排序 * @Date 2020/7/20 00:48 */public class T002_volatile { //創(chuàng)建私有的 T002_volatile 有人會(huì)問這里的volatile要不要使用，這里的答案是肯定的 private static /**volatile*/ volatile T002_volatile INSTANCE; public T002_volatile() {} public T002_volatile getInstance(){ //模擬業(yè)務(wù)代碼 這里為了synchronized更加細(xì)粒度，所以使用了雙重檢查 if(INSTANCE == null){ synchronized (this){ //雙重檢查 if(INSTANCE == null){ //避免線程之間的干擾 在這里睡一秒 try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } //創(chuàng)建實(shí)例對(duì)象 INSTANCE = new T002_volatile(); } } } return INSTANCE; } /** * 創(chuàng)建100個(gè)線程 調(diào)用getInstance() 打印hashcode值 * @param args */ public static void main(String[] args) { T002_volatile t001_volatile = new T002_volatile(); for (int i = 0; i < 100; i++) { new Thread(() ->{ T002_volatile instance = t001_volatile.getInstance(); System.out.println(instance.hashCode()); }).start(); } }} |
在上述的代碼中：INSTANCE = new T002_volatile(); 經(jīng)過編譯后的指令是分三步的
1、給指令申請(qǐng)內(nèi)存
2、給成員變量初始化
3、把這塊對(duì)象的內(nèi)容賦給INSTANCE
在第二步這里既然已經(jīng)有默認(rèn)值了，第二個(gè)線程來檢查，發(fā)現(xiàn)已經(jīng)有值了根本就不會(huì)進(jìn)入鎖住的那份代碼；加了volatile就不會(huì)出現(xiàn)指令重排序了，所以在這個(gè)時(shí)候一定要保證初始化完成之后才會(huì)賦值給這個(gè)變量，這就是volatile存在的意義。
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