多线程编程-volatile关键字（三）

2.3 volatile关键字

Volatile关键字的主要作用是使变量的多个线程间可见。还有一点就是禁止指令重排序。

 

使用volatile关键字增加了实例变量在多个线程之间的可见性，但是volatile不能保证原子性。

关键synchronized和volatile的比较：

1）volatile是线程同步的轻量级实现，所以volatile性能比synchronized要好，并且volatile只能修饰变量，而synchronized可以修饰方法，代码块。

2）多线程访问volatile不会发生阻塞，而synchronized会出现阻塞。

3）Volatile能保证数据的可见性，但不能保证原子性；而synchronized可以保证原子性，也可以间接保证可见性，因为他会将线程的私有内存和公共内存中的数据做同步。

4）Volatile解决的是变量在多个线程之间的可见性；synchronized解决的是多个线程之间资源访问的同步性。

2.3.1 volatile非原子特性

测试代码：

public class Thread1 extends Thread{
	public static int count =0;
	
	private static void addCount(){
		int index =0;
		while(index <100){
			count++;
			index++;
		}
		System.out.println("count = "+count);
	}
	@Override
	public void run(){
		addCount();
	}
}

public class RunDemo {

	public static void main(String[] args) {
		Thread1[] t1 = new Thread1[100];
		for(int i=0; i<100; i++){
			t1[i]= new Thread1();
		}
		for(int i=0; i<100; i++){
			t1[i].start();
		}		
	}
}

运行结果：

……

count = 9714

count = 9814

count = 9414

count = 9914

 

添加volatile关键字： public static int count=0;并不能解决这个问题，推荐的做法是使用synchronized关键字：synchronized privatestatic void addCount(){…}，这种情况下volatile用不用都无所谓。

关键字volatile提示线程每次从共享内存读取变量，而不是从线程的工作内存读取，这保证了同步数据的可见性。但是这里的count++并不是一个原子操作，也就是非线程安全的。Count++可以分解为如下步骤：

1） 从内存取出count值

2）计算count值（count  = count+1）

3）将count值写入内存

在第二步时，如果其他线程也修改了count的值，就会出现脏读，解决这个问题的办法就是synchronized关键字。

下图展示了使用volatile时出现非线程安全的原因：

1) read和load阶段：从主存复制变量到线程工作内存；

2) use 和assign阶段；执行代码，改变共享变量值；

3) store 和write阶段：用线程工作内存数据刷新主存对应变量的值。

多线程环境下，use和assign是多次出现的，但这一操作不是原子性的，也即是在read和load后，如果主存count变量被修改了，线程工作内存中的值由于已经加载了，不会产生对应的变化，也就导致了工作内存和主存变量的不同步，出现了非线程安全。

Volatile修饰的变量，虚拟机只是保证从主存加载到线程工作内存的值是最新的，解决的是变量读时的可见性问题，无法保证操作的原子性，所以对于多线程访问同一个实例变量还要加锁同步。

2.3.2 使用原子类进行i++操作

除了使用synchronized实现同步外，还可以使用AtomicInteger原子类实现。

原子操作是不能分割的整体，没有其他线程能够中断或检查正在原子操作的变量。一个原子（atomic）类型就是一个原子操作可用的类型，他可以在没有锁的情况下做到线程安全。

public class Thread1 extends Thread{
	//volatile public static int count =0;
	private static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
	//synchronized
	private static void addCount(){
		int index =0;
		while(index <100){
			//count++;
			count.incrementAndGet();
			index++;
		}
		System.out.println("count = "+count);
	}
	@Override
	public void run(){
		addCount();
	}
}

也可以得到期望结果。