你的位置:首页 > 软件开发 > Java > 【Java并发编程】11、volatile的使用及其原理

【Java并发编程】11、volatile的使用及其原理

发布时间:2017-03-22 00:01:09
转自:http://www.cnblogs.com/paddix/p/5428507.html一、volatile的作用  在《Java并发编程:核心理论》一文中,我们已经提到过可见性、有序性及原子性问题,通常情况下我们可以通过Synchronized关键字来解决这些个问题,不过 ...

转自:http://www.cnblogs.com/paddix/p/5428507.html

一、volatile的作用

  在《Java并发编程:核心理论》一文中,我们已经提到过可见性、有序性及原子性问题,通常情况下我们可以通过Synchronized关键字来解决这些个问题,不过如果对Synchronized原理有了解的话,应该知道Synchronized是一个比较重量级的操作,对系统的性能有比较大的影响,所以,如果有其他解决方案,我们通常都避免使用Synchronized来解决问题。而volatile关键字就是Java中提供的另一种解决可见性和有序性问题的方案。对于原子性,需要强调一点,也是大家容易误解的一点:对volatile变量的单次读/写操作可以保证原子性的,如long和double类型变量,但是并不能保证i++这种操作的原子性,因为本质上i++是读、写两次操作。

二、volatile的使用

  关于volatile的使用,我们可以通过几个例子来说明其使用方式和场景。

1、防止重排序

  我们从一个最经典的例子来分析重排序问题。大家应该都很熟悉单例模式的实现,而在并发环境下的单例实现方式,我们通常可以采用双重检查加锁(DCL)的方式来实现。其源码如下:

【Java并发编程】11、volatile的使用及其原理

  现在我们分析一下为什么要在变量singleton之间加上volatile关键字。要理解这个问题,先要了解对象的构造过程,实例化一个对象其实可以分为三个步骤:

  (1)分配内存空间。

  (2)初始化对象。

  (3)将内存空间的地址赋值给对应的引用。

但是由于操作系统可以对指令进行重排序,所以上面的过程也可能会变成如下过程:

  (1)分配内存空间。

  (2)将内存空间的地址赋值给对应的引用。

  (3)初始化对象

  如果是这个流程,多线程环境下就可能将一个未初始化的对象引用暴露出来,从而导致不可预料的结果。因此,为了防止这个过程的重排序,我们需要将变量设置为volatile类型的变量。

2、实现可见性

  可见性问题主要指一个线程修改了共享变量值,而另一个线程却看不到。引起可见性问题的主要原因是每个线程拥有自己的一个高速缓存区——线程工作内存。volatile关键字能有效的解决这个问题,我们看下下面的例子,就可以知道其作用:

【Java并发编程】11、volatile的使用及其原理

  直观上说,这段代码的结果只可能有两种:b=3;a=3 或 b=2;a=1。不过运行上面的代码(可能时间上要长一点),你会发现除了上两种结果之外,还出现了第三种结果:

...... 

大家可能会误认为对变量i加上关键字volatile后,这段程序就是线程安全的。大家可以尝试运行上面的程序。下面是我本地运行的结果:

【Java并发编程】11、volatile的使用及其原理

  可能每个人运行的结果不相同。不过应该能看出,volatile是无法保证原子性的(否则结果应该是1000)。原因也很简单,i++其实是一个复合操作,包括三步骤:

  (1)读取i的值。

  (2)对i加1。

  (3)将i的值写回内存。

volatile是无法保证这三个操作是具有原子性的,我们可以通过AtomicInteger或者Synchronized来保证+1操作的原子性。

注:上面几段代码中多处执行了Thread.sleep()方法,目的是为了增加并发问题的产生几率,无其他作用。

三、volatile的原理

  通过上面的例子,我们基本应该知道了volatile是什么以及怎么使用。现在我们再来看看volatile的底层是怎么实现的。

  1、可见性实现:

  在前文中已经提及过,线程本身并不直接与主内存进行数据的交互,而是通过线程的工作内存来完成相应的操作。这也是导致线程间数据不可见的本质原因。因此要实现volatile变量的可见性,直接从这方面入手即可。对volatile变量的写操作与普通变量的主要区别有两点:

  (1)修改volatile变量时会强制将修改后的值刷新的主内存中。

  (2)修改volatile变量后会导致其他线程工作内存中对应的变量值失效。因此,再读取该变量值的时候就需要重新从读取主内存中的值。

  通过这两个操作,就可以解决volatile变量的可见性问题。

  2、有序性实现:

   在解释这个问题前,我们先来了解一下Java中的happen-before规则,JSR 133中对Happen-before的定义如下:

Two actions can be ordered by a happens-before relationship.If one action happens before another, then the first is visible to and ordered before the second.

  通俗一点说就是如果a happen-before b,则a所做的任何操作对b是可见的。(这一点大家务必记住,因为happen-before这个词容易被误解为是时间的前后)。我们再来看看JSR 133中定义了哪些happen-before规则:

• Each action in a thread happens before every subsequent action in that thread. 

四、总结

  总体上来说volatile的理解还是比较困难的,如果不是特别理解,也不用急,完全理解需要一个过程,在后续的文章中也还会多次看到volatile的使用场景。这里暂且对volatile的基础知识和原来有一个基本的了解。总体来说,volatile是并发编程中的一种优化,在某些场景下可以代替Synchronized。但是,volatile的不能完全取代Synchronized的位置,只有在一些特殊的场景下,才能适用volatile。总的来说,必须同时满足下面两个条件才能保证在并发环境的线程安全:

  (1)对变量的写操作不依赖于当前值。

  (2)该变量没有包含在具有其他变量的不变式中。


原标题:【Java并发编程】11、volatile的使用及其原理

关键词:JAVA

*特别声明:以上内容来自于网络收集,著作权属原作者所有,如有侵权,请联系我们: admin#shaoqun.com (#换成@)。