JAVA 内存模型（二） volatile理解

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volatile 内存模型 volatile 理解

volatile 关键字是JAVA虚拟机提供的最轻量级的同步机制，在了解volatile的特性后，会让我们在多线程数据竞争方面更准确的使用。

一、概念解释

一个volatile 变量，具备两种特性，第一是保证此变量多所有线程的可见性，这里的“可见性”是指当一个线程修改了该变量之后，新值对其他线程来说是可以立即得知的，而普通变量做不到，普通变量需要传递和主内存来完成，比如：线程A修改了普通变量的值，然后向主内存进行回写，另一条线程B在A线程回写完成之后再从主内存进行读取操作，变量的新值才会对线程B可见。(参考上一篇内存模型图)

volatitle 变量的可见性描述是:“volatile变量对所有线程是立即可见的，对volatile 变量的所有写操作都能理解反应到其他线程中，也就是说volatile 变量再各个线程中是一致的。”这句话是对的，但是常常有点人就会通过上面描述得出：“基于volatile 变量在并发下是安全的。”这样的结论。volatile 变量再各个线程的工作内存中不存在一致性问题(因为volatile 变量再使用前，都会先刷新，即使刷新前不一致，执行引擎都是看到刷新后的值，因此可认为是一致的)。而Java 里面的运算并非原子性操作，导致volatile 变量的运算在并发下一样是不安全的，看代码：

package com;

/**
 * volatile 测试
 * @author Ran
 */
public class VolatileTest {
	public static volatile int race = 0;
	public  static void increase(){
		race ++ ;
	}
	// 线程数
	public static final int THREADS_COUNT = 20;
	
	public static void main(String[] args) {
		Thread[] threads = new Thread[THREADS_COUNT];
		for(int i = 0;i < THREADS_COUNT;i++){
			threads[i] = new Thread(new Runnable() {
				
				@Override
				public void run() {
					for(int i = 0;i<10000;i++){
						increase();
					}
				}
			});
			threads[i].start();
		}
		// 等待所有累加线程结束
		while(Thread.activeCount() > 1){
			Thread.yield();
		}
		System.out.println(race);
	}
	
	
}

以上代码理论结果应该是200000，但是你会发现值始终是小于这个数的，这是因为race 的自增运算不是原子性的，我们看反编译的字节码：

从字节码看出，假设A线程执行getstatic 指令把race 的值取到操作栈顶时，volatile 保证了race 的的值此时是正确的假设现在是10，然后执行iconst_1 和iadd 的时候，可能另外B线程已经完成了上面的所有操作，值已经变成11了，这个时候A线程拿到的10 已经是过期数据，这时候A继续完成下面的操作的时候，即使增加了还是11(理论两个线程完成，会变成12)。在多线程情况下，累加的值也就小于预期了。

这里从上篇的内存模型来理解：

A,B 线程，分别从主内存拿到(read) volatile 变量race=0.然后放到(load)A,B的工作内存，这时候A线程把变量传递(use)给执行引擎，按字节码进行操作。同时B 执行同样的动作，由于JVM的不确定性，A在执行到iconst_1 和iadd 的时候,B已经执行完成，这时候A继续执行，最后刷新主内存的只1，结果就不是预期的了。

上述简单的解释：A,B 线程获取volatille 变量，每次都要从新从主内存读取，并且A线程改变了变量值，会告诉B线程告诉B线程，我已经改变了，你读取必须从主内存读取。但是在A线程改变，写入主内存和发送通知时，B线程获得的变量已经是主内存中读取的了，不需要从新读取，那么此时错误就产生了。

二、解决指令从排序

这里先看一段有趣的代码：

// 变量
	private  static boolean flag = false;;
	private  static int number;
	
	
	// 模拟初始化数字number
	private static class B extends Thread {
		@Override
        public void run() {	
			number = 100;
			flag = true;
        }
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		new A().start();
		new B().start();
	}

	// 模拟获得B 初始化后的值
	private static class A extends Thread {
        @Override
        public void run() {
        	while(!flag){
        		System.out.println("A 线程 获得变量:"+number +":"+flag);
        		Thread.yield();
        	}
        	System.out.println("B 线程执行完成："+number+":"+flag);
        }
    }

上面操作是模拟多线程A线程要检测和获得B线程初始化Number 的值，也就是说B线程中当number = 100,flag = true .这是一个顺序操作。但是多次执行可能会得出这样的结果：

A 线程获得变量:0:true

这里是A线程产生的，当A线程执行while(!flag) 为真，也就是flag = false.然后进入方法体，这时候B同时执行，将flag 变成了true,奇怪的是number 变量居然还是0.也就是说flag = true （可能）被提前执行了！！

但是我们的要求是flag = true 必须后于 number = 100 执行。JMM（JAVA内存模型）为先限制这种指令重排序问题，加入了volatile ，对于这两个操作的指令重排序问题，我仅仅找了一下规则，具体的还得根据JMM里面的 8个基本操作入手，这里我转了一部分规则：

转：http://www.infoq.com/cn/articles/java-memory-model-4