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谈谈Java中Volatile关键字的理解

volatile这个关键字可能很多朋友都听说过,或许也都用过。在Java 5之前,它是一个备受争议的关键字,因为在程序中使用它往往会导致出人意料的结果。在Java 5之后,volatile关键字才得以重获生机。volatile关键字虽然从字面上理解起来比较简单,但是要用好不是一件容易的事情。

一、前言

  JMM提供了volatile变量定义、final、synchronized块来保证可见性。
  用volatile修饰的变量,线程在每次使用变量的时候,都会读取变量修改后的最的值。volatile很容易被误用,用来进行原子性操作。写了几个测试的例子,大家可以试一试。

二、主程序

public class Main{
public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
List<Thread> threadList = new ArrayList<Thread>();
for(int i=0; i<10; ++i){
Thread thread = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
Single.Holder.instance.add();
}
});
threadList.add(thread);
thread.start();
}
for(Thread thread : threadList)
thread.join();
System.out.println(Single.Holder.instance.x);
}
}

三、单例模式测试

  1、没有volatile,没有synchronized的情况   

class Single{
public int x = 0;
public void add(){
try {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
++this.x;
}
public static class Holder{
public static Single instance = new Single();
}
} 

    输出结果:8, 9, 10都出现过。可以多运行,多试一试,就会发现不同的结果。

  2、有volatile,没有synchronized

class Single{
public volatile int x = 0;
public void add(){
try {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
++this.x;
}
public static class Holder{
public static Single instance = new Single();
}
}

    输出结果:最多出现的是9 和 10。

  3、没有volatile,有synchronized

class Single{
public int x = 0;
public synchronized void add(){
try {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
++this.x;
}
public static class Holder{
public static Single instance = new Single();
}
}

  输出结果:无论运行多少次都是10。

四、关于volatile在DCL(double check lock)中的应用

public class LazySingleton {
private int someField;
private static LazySingleton instance;
private LazySingleton() {
this.someField = new Random().nextInt(200)+1; // (1)
}
public static LazySingleton getInstance() {
if (instance == null) { // (2)
synchronized(LazySingleton.class) { // (3)
if (instance == null) { // (4)
instance = new LazySingleton(); // (5)
}
}
}
return instance; // (6)
}
public int getSomeField() {
return this.someField; // (7)
}
}

  首先说明一下,为什么这种写法在java中是行不通的!

  假设线程Ⅰ是初次调用getInstance()方法,紧接着线程Ⅱ也调用了getInstance()方法和getSomeField()方法,我们要说明的是线程Ⅰ的语句(1)并不happen-before线程Ⅱ的语句(7)。线程Ⅱ在执行getInstance()方法的语句(2)时,由于对instance的访问并没有处于同步块中,因此线程Ⅱ可能观察到也可能观察不到线程Ⅰ在语句(5)时对instance的写入,也就是说instance的值可能为空也可能为非空。我们先假设instance的值非空,也就观察到了线程Ⅰ对instance的写入,这时线程Ⅱ就会执行语句(6)直接返回这个instance的值,然后对这个instance调用getSomeField()方法,该方法也是在没有任何同步情况被调用,因此整个线程Ⅱ的操作都是在没有同步的情况下调用 ,这说明线程Ⅰ的语句(1)和线程Ⅱ的语句(7)之间并不存在happen-before关系,这就意味着线程Ⅱ在执行语句(7)完全有可能观测不到线程Ⅰ在语句(1)处对someFiled写入的值,这就是DCL的问题所在。很荒谬,是吧?DCL原本是为了逃避同步,它达到了这个目的,也正是因为如此,它最终受到惩罚,这样的程序存在严重的bug,虽然这种bug被发现的概率绝对比中彩票的概率还要低得多,而且是转瞬即逝,更可怕的是,即使发生了你也不会想到是DCL所引起的。

  我的理解是:线程I 和线程II 都有自己的工作存储,线程I 创建好了instance后,向内存刷新的时间是不确定的,所以线程Ⅱ在执行语句(7)完全有可能观测不到线程Ⅰ在语句(1)处对someFiled写入的值。

  那么由于在java 5中多增加了一条happen-before规则:

•对volatile字段的写操作happen-before后续的对同一个字段的读操作。

  利用这条规则我们可以将instance声明为volatile,即: private volatile static LazySingleton instance;
  根据这条规则,我们可以得到,线程Ⅰ的语句(5) -> 语线程Ⅱ的句(2) (也就是线程),根据单线程规则,线程Ⅰ的语句(1) -> 线程Ⅰ的语句(5)和语线程Ⅱ的句(2) -> 语线程Ⅱ的句(7),再根据传递规则就有线程Ⅰ的语句(1) -> 语线程Ⅱ的句(7),这表示线程Ⅱ能够观察到线程Ⅰ在语句(1)时对someFiled的写入值,程序能够得到正确的行为。

  补充:在java5之前对final字段的同步语义和其它变量没有什么区别,在java5中,final变量一旦在构造函数中设置完成(前提是在构造函数中没有泄露this引用),其它线程必定会看到在构造函数中设置的值。而DCL的问题正好在于看到对象的成员变量的默认值,因此我们可以将LazySingleton的someField变量设置成final,这样在java5中就能够正确运行了。

以上内容是小编给大家介绍的Java中Volatile关键字的知识,希望对大家有所帮助!

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