java併發之volatile關鍵字

引言

說到多執行緒,我覺得我們最重要的是要理解一個臨界區概念。

舉個例子，一個班上1個女孩子（臨界區），49個男孩子（執行緒），男孩子的目標就是這一個女孩子，就是會有競爭關係（執行緒安全問題）。推廣到實際場景，例如對一個數相加或者相減等等情形，因為操作物件就只有一個，在多執行緒環境下，就會產生執行緒安全問題。理解臨界區概念，我們對多執行緒問題可以有一個好意識。

Jav記憶體模型（JMM)

談到多執行緒就應該瞭解一下Java記憶體模型（JMM）的抽象示意圖.下圖：

執行緒A和執行緒B執行的是時候，會去讀取共享變數（臨界區），然後各自複製一份回到自己的本地記憶體，執行後續操作。
JMM模型是一種規範，就像Java的介面一樣。JMM會涉及到三個問題：原子性，可見性，有序性。
所謂原子性。就是說一個執行緒的執行會不會被其他執行緒影響的。他是不可中斷的。舉個例子:

int i=1  

這個語句在Jmm中就是原子性的。無論是一個執行緒執行還是多個執行緒執行這個語句，讀出來的i就是等於1。那什麼是非原子性呢，按道理如果Java的程式碼都是原子性，應該就不會有執行緒問題了啊。其實JMM這是規定某些語句是原子性罷了。舉個非原子性例子：

i ++;  

這個操作就不是原子性的了。因為他就是包含了三個操作:第一讀取i的值，第二將i加上1，第三將結果賦值回來給i，更新i的值。
所謂可見性。可見性表示如果一個值線上程A修改了，執行緒B就會馬上知道這個結果。
所謂有序性。所謂有序性值的是語意的有序性。就是說程式碼順序可能會發生變化。因為有一個指令重排機制。所謂指令重排，他會改變程式碼執行順序，為了讓cpu執行效率更高。為了防止重排序出錯，JMM有個happen-before規則，這個規則限制了那些語句執行在前，那些語句執行在後。
Happen-before：
程式順序原則：一個執行緒內保證語義的序列性
volatile原則：volatile變數的寫發生在讀之前
鎖規則：先加鎖再解鎖
傳遞性：a先於b，b先於c，則a必定先於c
執行緒的start方法先於他的每一個操作
執行緒所有的操作先於執行緒的終結
物件的建構函式執行、結束先於finalize()方法。

volatile

進入正題，volatile可以保證變數（臨界區）的可見性以及有序性，但是不能保證原子性。舉個例子：

public class VolatileTest implements Runnable{  
private static VolatileTest volatileTest = new VolatileTest();  
private static volatile int i= 0;  
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {  
for (int j = 0; j < 20; j++) {  
Thread a = new Thread(new VolatileTest());  
Thread b = new Thread(new VolatileTest());  
a.start();b.start();  
a.join();b.join();  
System.out.print(i+"&&");  
}  
  
}  
  
@Override  
public void run() {  
for (int j = 0; j < 1000; j++) {  
i++;  
}  
}  
  
}  
  
// 輸出結果  
// 2000&&4000&&5852&&7852&&9852&&11852&&13655&&15655&&17655&&19655&&21306  
//&&22566&&24566&&26189&&28189&&30189&&32189&&34189&&36189&&38089&&  

有結果看到有問題，雖然i已經新增了volatile關鍵字，說明volatile關鍵字不能保證i++的原子性。

那什麼場景適合使用volatile關鍵字

1. 輕量級的“讀-寫鎖”策略

private volatile int value;  
public int getValue(){ return value;}  
public synchronized void doubleValue(){ value = value*value; }  

2.單例模式（雙檢查鎖機制

private volatile static Singleton instace;  
public static Singleton getInstance(){ // 沒有使用同步方法，而是同步方法塊  
//第一次null檢查 ，利用volatile的執行緒間可見性，不需要加鎖，效能提高  
if(instance == null){  
synchronized(Singleton.class) { //鎖住類物件，阻塞其他執行緒  
//第二次null檢查，以保證不會建立重複的例項  
if(instance == null){  
instance = new Singleton(); // 禁止重排序  
}  
}  
}  
return instance;  

參考

《現代作業系統（第三版）中文版》
《實戰Java高併發程式設計》
《Java併發程式設計的藝術》