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java中的Volatile关键字使用

java中的Volatile关键字使用

在本文中,我们会介绍java中的一个关键字volatile。 volatile的中文意思是易挥发的,不稳定的。那么在java中使用是什么意思呢?

我们知道,在java中,每个线程都会有个自己的内存空间,我们称之为working memory。这个空间会缓存一些变量的信息,从而提升程序的性能。当执行完某个操作之后,thread会将更新后的变量更新到主缓存中,以供其他线程读写。

因为变量存在working memory和main memory两个地方,那么就有可能出现不一致的情况。 那么我们就可以使用Volatile关键字来强制将变量直接写到main memory,从而保证了不同线程读写到的是同一个变量。

什么时候使用volatile

那么我们什么时候使用volatile呢?当一个线程需要立刻读取到另外一个线程修改的变量值的时候,我们就可以使用volatile。我们来举个例子:

public class VolatileWithoutUsage {
    private  int count = 0;

    public void incrementCount() {
        count++;
    }
    public int getCount() {
        return count;
    }
}

这个类定义了一个incrementCount()方法,会去更新count值,我们接下来在多线程环境中去测试这个方法:

    @Test
    public void testWithoutVolatile() throws InterruptedException {
        ExecutorService service= Executors.newFixedThreadPool(3);
        VolatileWithoutUsage volatileWithoutUsage=new VolatileWithoutUsage();

        IntStream.range(0,1000).forEach(count ->service.submit(volatileWithoutUsage::incrementCount) );
        service.shutdown();
        service.awaitTermination(1000, TimeUnit.MILLISECONDS);
        assertEquals(1000,volatileWithoutUsage.getCount() );
    }

运行一下,我们会发现结果是不等于1000的。


java.lang.AssertionError: Expected :1000 Actual :999

这是因为多线程去更新同一个变量,我们在上篇文章也提到了,这种情况可以通过加Synchronized关键字来解决。

那么是不是我们加上Volatile关键字后就可以解决这个问题了呢?

public class VolatileFalseUsage {
    private volatile int count = 0;

    public void incrementCount() {
        count++;
    }
    public int getCount() {
        return count;
    }

}

上面的类中,我们加上了关键字Volatile,我们再测试一下:

    @Test
    public void testWithVolatileFalseUsage() throws InterruptedException {
        ExecutorService service= Executors.newFixedThreadPool(3);
        VolatileFalseUsage volatileFalseUsage=new VolatileFalseUsage();

        IntStream.range(0,1000).forEach(count ->service.submit(volatileFalseUsage::incrementCount) );
        service.shutdown();
        service.awaitTermination(5000, TimeUnit.MILLISECONDS);
        assertEquals(1000,volatileFalseUsage.getCount() );
    }

运行一下,我们会发现结果还是错误的:

java.lang.AssertionError: 
Expected :1000
Actual   :992
~~

为什么呢? 我们先来看下count++的操作,count++可以分解为三步操作,1. 读取count的值,2.给count加1, 3.将count写回内存。添加Volatile关键词只能够保证count的变化立马可见,而不能保证1,2,3这三个步骤的总体原子性。 要实现总体的原子性还是需要用到类似Synchronized的关键字。

下面看下正确的用法:

~~~java
public class VolatileTrueUsage {
    private volatile int count = 0;

    public void setCount(int number) {
        count=number;
    }
    public int getCount() {
        return count;
    }
}
    @Test
    public void testWithVolatileTrueUsage() throws InterruptedException {
        VolatileTrueUsage volatileTrueUsage=new VolatileTrueUsage();
        Thread threadA = new Thread(()->volatileTrueUsage.setCount(10));
        threadA.start();
        Thread.sleep(100);

        Thread reader = new Thread(() -> {
            int valueReadByThread = volatileTrueUsage.getCount();
            assertEquals(10, valueReadByThread);
        });
        reader.start();
    }

Happens-Before

从java5之后,volatile提供了一个Happens-Before的功能。Happens-Before 是指当volatile进行写回主内存的操作时,会将之前的非volatile的操作一并写回主内存。

public class VolatileHappenBeforeUsage {

    int a = 0;
    volatile boolean flag = false;

    public void writer() {
        a = 1;              // 1 线程A修改共享变量
        flag = true;        // 2 线程A写volatile变量
    }
}

上面的例子中,a是一个非volatile变量,flag是一个volatile变量,但是由于happens-before的特性,a 将会表现的和volatile一样。

本文的例子可以参考:https://github.com/ddean2009/learn-java-concurrency/tree/master/volatile

更多教程请参考 flydean的博客

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