volatile關鍵字與內存可見性

前言

首先，我們使用多線程的目的在於提高程序的效率，但是如果使用不當，不僅不能提高效率，反而會使程序的性能更低，因為多線程涉及到線程之間的調度、CPU上下文的切換以及包括線程的創建、銷毀和同步等等，開銷比單線程大，因此需謹慎使用多線程。

在jdk1.5以后，提供了一個強大的java.util.concurrent包，這個包中提供了大量的應用於線程的工具類。

下面開始介紹volatile關鍵字和內存可見性，雖然volatile是在jdk1.5之前就有的，但還是想放在這里講一下。

舉例說明

首先，我們先看一段小程序。

package com.ccfdod.juc;

public class TestVolatile {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadDemo td = new ThreadDemo();
        new Thread(td).start();
        
        while(true) {
            if (td.isFlag()) {
                System.out.println("--------------");
                break;
            }
        }
    }
}

class ThreadDemo implements Runnable {
    private boolean flag = false;

    @Override
    public void run() {
        try {
            Thread.sleep(200);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        flag = true;
        System.out.println("flag = " + isFlag());
    }

    public boolean isFlag() {
        return flag;
    }

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

程序運行結果：

flag = true

並且程序不會停止。

按理來說，應該會在td線程修改flag值后，主線程會打印出“--------------”，但是為什么沒有出現預期效果呢？下面來分析這段程序，涉及到內存可見性問題。

內存可見性問題

當程序運行時，JVM會為每一個執行任務的線程分配一個獨立的緩存空間，用於提高效率。

不難理解，程序開始執行時，由於線程td修改flag操作之前，sleep了200ms，td線程和main線程獲取到的flag都為false，但為什么td線程將flag改為true后，main線程沒有打印出“--------------”呢？原因在於：while(true)是執行效率很高，使得main線程沒有時間再次從主存中獲取flag的值，因此程序在td線程將flag修改為true后，沒有停止運行的原因。其實在while(true)后面稍微延遲一點（比如說，打印一句話），都會使main線程將主存中的flag=true讀取。

產生這種情況的原因就在於，兩個線程在操作共享數據時，對共享數據的操作是彼此不可見的。

那么為了不讓這種問題出現，怎么解決呢？

一、使用synchronized同步鎖

while(true) {
    synchronized (td) {
        if (td.isFlag()) {
            System.out.println("--------------");
            break;        
        }
    }
}

使用synchronized同步鎖能保證數據的及時更新。但是效率太低。

二、使用volatile關鍵字

當多個線程進行操作共享數據時，可以保證內存中的數據可見。底層原理：內存柵欄。使用volatile關鍵字修飾時，可理解為對數據的操作都在主存中進行。

private volatile boolean flag = false;

相較於synchronized是一種較為輕量級的同步策略。

注意：

• volatile不具備“互斥性”
• volatile不能保證變量的“原子性”

關於“原子性”的問題將在下一篇博客中討論。