java中的volatile关键字

前言

本文旨在讲述volatile的理解和简单实现，帮助大家了解并运用该字段。

概念及作用

volatile用来修饰不同线程访问和修改的变量，保证可见性和有序性(注意：该字段是在多个线程中使用的！)。

分析

我们从如下几个方面来分析这个字段：

1.多线程

(1)概念
进程：一个正在执行的程序，是系统对资源进行分配和调度的独立单位
线程：进程中的一个控制单元，一个进程至少含有一个线程

(2)使用
第一种继承Thread类，第二种实现Runnable接口，这两种方式大家应该都可以熟练使用，这里就不贴代码了
两种实现方式区别：
①继承Thread类只能后的类不能再去继承别的类，局限性大，而实现Runnable接口可以继承其他类，扩展性强
②实现Runnable接口方式创建线程可以共享同一个目标对象，实现了多个相同线程处理同一份资源

(3)线程的生命周期
Thread t = new Thread() —— 就绪状态
t.start()-run() —— 可执行状态
sleep()和wait() —— 阻塞状态
t.stop() —— 死亡状态

2.java内存模型

主内存：存储共享变量本身，所有线程共享
工作内存：线程各自的工作空间，存放变量的副本
读写操作：线程对共享变量的操作都在各自的工作内存中进行，变量的传递在主内存中进行(如A线程读取主内中的变量T到A工作内存修改后再写入主内存，B线程再读取主内存的值，这样共享变量通过主内存进行传递)
为什么java内存需要这么做？
CPU缓存的访问速度远远高于主内存，这里的工作内存就是缓存，这样做提升了程序的执行效率

3.volatile关键字
(1)可见性：某线程对volatile修饰的变量值修改后，其它线程获取到该变量的值绝对是最新值，如下场景：

class Test(){
	private boolean isStop;
	Thread t1 = new Thread();
	Thread t2 = new Thread();
	//修改值
	t1.start(){
		@Override
		public void run(){
			while(!isStop){
				doIt();
			}
		}
	};
	//读取值
	t2.start(){
		@Override
		public void run(){
			isStop = true;
		}
	};
}

这段代码很典型，很多人会用这样的方式来中断线程，但是这段代码一定能中断线程1吗？
不一定，大多数时候可以，但发生了线程1就会进入死循环；因为当线程2修改了isStop值后还没来得及写入到主存中就去做其它的了，线程1不知道isStop的值被线程2修改，所以会继续循环。

解决方案：用volatile修饰isStop变量，即

private volatile boolean isStop;

第一：volatile强制将修改后的值立即写入主内存中
第二：使用volatile后，线程2修改isStop时，会导致线程1中的副本isStop缓存失效，然后线程1此时会等主内存中的isStop值更新后再去读取，这样就保证了读取的值时最新值

(2)有序性：
JVM的即时编译器中存在指令重排序优化，volatile禁止这种优化，保证程序的有序性，如下场景：

public class Test {

    private static Test test = null;

    private Test() {

    }

    public static Test getInstance() {
        if (test == null) {
            synchronized (Test.class) {
                if (test == null) {
                    test = new Test();
                }
            }
        }
        return test;
    }
}

这段代码是典型的double check懒汉式单例模式，那么一定会完全成功返回一个正确的test对象吗？
不一定，主要在于test = new Test()，这不是一个原子操作，在JVM中该句做了如下3中事情：
①给test分配内存
②调用Test构造函数来初始化成员变量
③将test对象指向分配的内存地址
但是JVM即时编译器会进行指令重排序优化，即①②③顺序变为①③②，当线程1执行到②时恰巧线程2要拿这个对象，此时判断test不为null，那么会返回一个没有初始化的错误test对象，所以需要加上volatile修饰，这样就会禁止指令重排序优化

private volatile static Test test = null;

结语

volatile字段的理解和简单实现就到这，希望对大家有用，如果有更好想法，欢迎留言。