Java多线程：volatile变量、happens

什么是 Volatile 变量？

在上面的类中，produce 方法通过存储参数来生成一个新的值，然后将 hasValue 设置为 true。while 循环检测标识变量（hasValue）是否 true，true 表示一个新的值没有被消费，要求当前线程睡眠（sleep），该睡眠一直循环直到标识变量 hasValue 变为 false，只有在新的值被 consume 方法消费完成后才能变为 false。如果没有有效的新值，consume 方法要求当前睡眠，当一个 produce 方法生成一个新值时，睡眠循环终止，并改变标识变量的值。

现在想象有两个线程在使用这个类的对象，一个生成值（写线程），另个一个消费值（读线程）。通过下面的测试来解释这种方式：

这个例子大部分时候都能输出期望的结果，但是也有很大概率会出现死锁！

怎么会？

volatile 变量强制线程每次读取的时候都直接从主内存中读取，同时，每次写 volatile 变量的时候也要立即刷新主内存中的值。如果线程决定缓存变量，就需要每次读写的时候都与主内存进行同步。

做这个改变之后，我们再来考虑前面导致死锁的执行步骤

1、写线程生成一个值，并将 hasValue 设置为 true，这次直接更新主内存中的值（即使这个变量被缓存了）。

2、读线程尝试消费一个值，先检查 hasValue 的值，每次读取都强制直接从主内存中获取值，所以能获取到写线程改变后的值。

3、读线程消费完生成的值后，重新设置标识变量的值，这个新的值也会同步到主内存（如果这个值被缓存了，缓存的副本也会更新）。

4、写线程获每次都是从主内存中取这个改变了的值，这样就能继续生成新的值。

现在，大家都很幸福了^_^ !

我知道了，强制线程直接从内存中读写线程，这是 Volatile 所能做全部的事情吗？

我们假设上面的两个代码片段有由两个线程执行：线程 1 和线程 2。当第一个线程改变 hasValue 的值时，它不仅仅是刷新这个改变的值到主存，也会引起前面三个值的写（之前任何的写操作）刷新到主存。结果，当第二个线程访问这三个变量的时候，就可以访问到被线程 1 写入的值，即使这些变量之前被缓存（这些缓存的副本都会被更新）。

这就是为什么我们不需要像第一个示例一样将变量标示为 volatile 。因为我们的写操作在访问 hasValue 之前，读操作在 hasValue 的读之后，它会自动与主内存同步。

还有另一个有趣的结论。JVM 因它的程序优化机制而闻名。有时对程序语句的重排序可以大幅度提高性能，并且不会改变程序的输出结果。例如，它可能会修改如语句的顺序：

为：

但是，当多条语句涉及到对 volatile 变量的访问时，它永远不会将 volatile 变量前的写语句放在 volatile 变量之后，意思就是，它永远不会转换下列顺序：

为：

即使从程序的正确性的角度来说，上面两种情况是相等的。但请注意，JVM 仍然允许对前三个变量的写操作进行重排序，只要它们都出现在 volatile 写之前即可。

类似的，JVM 也不会将 volatile 变量读之后的读操作重排序到 volatile 变量之前。意思就是说，下面的顺序：

JVM 永远不会转换为如下的顺序：

但是，JVM 也有可能会对最后的三个读操作重排序，只要它们在 volatile 变量读之后即可。

我感觉 Volatile 变量会对性能有一定的影响。

测试如下：

这段代码具有非常好的自说明性。一个线程增加计数器，另一个线程将计数器减少同样次数。运行这个测试，期望的结果是计数器的值为 0，但这无法得到保证。大部分时候是 0，但有的时候是 -1, -2, 1, 2 等，任何位于[-5, 5]之间的整数都有可能。

为什么会发生这种情况?这是因为对计数器的递增和递减操作都不是原子的——它们不是一次完成的。这两种操作都由多个步骤组成，这些步骤可能相互交叉。你可以认为递增操作如下：

或者使用 AtomicInteger：

我个人的选择是使用 AtomicInteger，因为 synchronized 只允许一个线程访问 inc/get/get 方法，对性能影响较大。

我注意到采用 Synchronized 的版本并没有将计数器标识为 volatile，难道这意味着……?

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原标题：Java多线程：volatile变量、happens

关键词：JAVA