一個具體的例子學習Java volatile關鍵字

相信大多數Java程式設計師都學習過volatile這個關鍵字的用法。百度百科上對volatile的定義：

volatile是一個型別修飾符（type specifier），被設計用來修飾被不同執行緒訪問和修改的變數。 volatile 的作用是作為指令關鍵字，確保本條指令不會因編譯器的最佳化而省略，且要求每次直接讀值。

可能有很多剛學Java的朋友們看了上面這段非常籠統的描述後仍然覺得雲裡霧裡的。

下面我們就用一個具體的例子來學習volatile的用法。

看這個例子：

public class ThreadVerify {    public static Boolean stop = false;    public static void main(String args[]) throws InterruptedException {
        Thread testThread = new Thread(){            @Override
            public void run(){                int i = 1;                while(!stop){                    //System.out.println("in thread: " + Thread.currentThread() + " i: " + i);
                    i++;
                }
                System.out.println("Thread stop i="+ i);
            }
        }
        ;
        testThread.start();
        Thread.sleep(1000);
        stop = true;
        System.out.println("now, in main thread stop is: " + stop);
        testThread.join();
    }
}

這段程式碼在主執行緒的第二行定義了一個布林變數stop, 然後主執行緒啟動一個新執行緒，線上程裡不停得增加計數器i的值，直到主執行緒的布林變數stop被主執行緒置為true才結束迴圈。

主執行緒用Thread.sleep停頓1秒後將布林值stop置為true。

因此，我們期望的結果是，上述Java程式碼執行1秒鐘後停止，並且列印出1秒鐘內計數器i的實際值。

然而，執行這個Java應用後，你發現它進入了死迴圈，在工作管理員裡發現這個Java程式CPU佔用率飆升。

原因是什麼呢？讓我們溫習下計算機專業課作業系統中講過的記憶體模型的知識。

以Java記憶體模型為例，Java記憶體模型分為主記憶體(main memory)和工作記憶體(work memory)。主記憶體內的變數由所有執行緒共享，每個執行緒擁有自己的工作記憶體，裡面的變數包含了執行緒區域性變數。主記憶體中的變數如果被執行緒使用到，則執行緒的工作記憶體會維護一份主記憶體變數的副本複製。

執行緒對變數的所有讀寫操作必須在工作記憶體中進行，不能直接操作主記憶體中的變數。不同執行緒之間也無法直接訪問對方的工作記憶體。執行緒間變數的傳遞需透過主記憶體來完成。執行緒、主記憶體、工作記憶體三者之間的互動關係如下圖：

如果執行緒在自己的執行程式碼裡修改了定義在主執行緒（主記憶體）中的變數，修改直接發生線上程的工作記憶體裡，然後在某個時刻（Java程式設計師無法控制這個時刻，而是由JVM排程的），這個修改從工作記憶體寫回到主記憶體。

回到我們的例子。儘管主執行緒修改了stop變數，但是僅僅修改了主記憶體中的值，而操作計數器的執行緒的工作記憶體裡的stop變數還是舊的值，始終為false。因此這個執行緒陷入了死迴圈。

知道了原理，解決方案就很簡單了。在stop變數前加上關鍵字volatile進行修飾，這樣在計數器執行緒裡每次讀取stop的值時，volatile會強制該執行緒從主記憶體讀取，而不是從當前執行緒的工作記憶體讀取。這樣就避免了死迴圈。下圖顯示1秒鐘之後，計數器執行了14億次。

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