Java並發編程學習筆記 深入理解volatile關鍵字的作用

引言：以前只是看過介紹volatile的文章，對其的理解也只是停留在理論的層面上，由於最近在項目當中用到了關於並發方面的技術，所以下定決心深入研究一下java並發方面的知識。網上關於volatile的文章非常多，但是並沒有講解非常詳細的文章。（哪位要是有好的資料麻煩共享一份給我！）多數的都是一些理論講解，沒有實際的例子代碼，就算有代碼的也測試不出效果，總之理論總是與代碼不匹配。

后來在我不懈的努力之下總算研究出一些成果，在此分享給大家！如果大家發現有錯誤的地方歡迎大家指正，謝謝！

 

在Java線程並發處理中，有一個關鍵字volatile的使用目前存在很大的混淆，以為使用這個關鍵字，在進行多線程並發處理的時候就可以萬事大吉。

Java語言是支持多線程的，為了解決線程並發的問題，在語言內部引入了 同步塊(synchronized) 和 volatile 關鍵字機制。

 

synchronized(不做過多解釋)

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，都會讀取變量修改后的最的值。volatile很容易被誤用，用來進行原子性操作。

 

如果要深入了解volatile關鍵字的作用，就必須先來了解一下JVM在運行時候的內存分配過程。

 

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，然后把堆內存

 

變量的具體值load到線程本地內存中，建立一個變量副本，之后線程就不再和對象在堆內存變量值有任何關系，而是直接修改副本變量的值，

 

在修改完之后的某一個時刻（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！

 

 

 

那么在了解完JVM在運行時候的內存分配過程以后，我們開始真正深入的討論volatile的具體作用

請看代碼:

 

public class VolatileTest extends Thread {
    
    boolean flag = false;
    int i = 0;
    
    public void run() {
        while (!flag) {
            i++;
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        VolatileTest vt = new VolatileTest();
        vt.start();
        Thread.sleep(2000);
        vt.flag = true;
        System.out.println("stope" + vt.i);
    }
}

 

上面的代碼是通過標記flag來控制VolatileTest線程while循環退出的例子!

下面讓我用偽代碼來描述一下我們的程序

• 首先創建 VolatileTest vt = new VolatileTest();
• 然后啟動線程 vt.start();
• 暫停主線程2秒（Main） Thread.sleep(2000);
• 這時的vt線程已經開始執行，進行i++;
• 主線程暫停2秒結束以后將 vt.flag = true;
• 打印語句 System.out.println("stope" + vt.i); 在此同時由於vt.flag被設置為true,所以vt線程在進行下一次while判斷 while (!flag) 返回假 結束循環 vt線程方法結束退出！
• 主線程結束

上面的敘述看似並沒有什么問題，“似乎”完全正確。那就讓我們把程序運行起來看看效果吧，執行mian方法。2秒鍾以后控制台打印stope-202753974。

可是奇怪的事情發生了 程序並沒有退出。vt線程仍然在運行，也就是說我們在主線程設置的 vt.flag = true;沒有起作用。

 

在這里我需要說明一下，有的同學可能在測試上面代碼的時候程序可以正常退出。那是因為你的JVM沒有優化造成的！在DOC下面輸入 java -version 查看 如果顯示Java HotSpot(TM) ... Server 則JVM會進行優化。

如果顯示Java HotSpot(TM) ... Client 為客戶端模式，需要設置成Server模式  設置方法問Google

 

 

 

問題出現了，為什么我在主線程（main）中設置了vt.flag = true; 而vt線程在進行判斷flag的時候拿到的仍然是false?

 那么按照我們上面所講的 “JVM在運行時候的內存分配過程” 就很好解釋上面的問題了。

 首先 vt線程在運行的時候會把 變量 flag 與 i (代碼3,4行)從“主內存”  拷貝到 線程棧內存（上圖的線程工作內存）

 然后 vt線程開始執行while循環 

 

 7         while (!flag) {
 8             i++;
 9         }

while (!flag)進行判斷的flag 是在線程工作內存當中獲取，而不是從 “主內存”中獲取。

i++; 將線程內存中的i++; 加完以后將結果寫回至 "主內存"，如此重復。

 

然后再說說主線程的執行過程。 我只說明關鍵的地方 

vt.flag = true;

主線程將vt.flag的值同樣 從主內存中拷貝到自己的線程工作內存 然后修改flag=true. 然后再將新值回到主內存。

這就解釋了為什么在主線程（main）中設置了vt.flag = true; 而vt線程在進行判斷flag的時候拿到的仍然是false。那就是因為vt線程每次判斷flag標記的時候是從它自己的“工作內存中”取值，而並非從主內存中取值！

這也是JVM為了提供性能而做的優化。那我們如何能讓vt線程每次判斷flag的時候都強制它去主內存中取值呢。這就是volatile關鍵字的作用。

再次修改我們的代碼

public class VolatileTest extends Thread {
    
    volatile boolean flag = false;
    int i = 0;
    
    public void run() {
        while (!flag) {
            i++;
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        VolatileTest vt = new VolatileTest();
        vt.start();
        Thread.sleep(2000);
        vt.flag = true;
        System.out.println("stope" + vt.i);
    }
}

在flag前面加上volatile關鍵字，強制線程每次讀取該值的時候都去“主內存”中取值。在試試我們的程序吧，已經正常退出了。