【技术积累】Java里的volatile关键字到底能干嘛？

7.4 最害怕的一集 - volatile

7.4.1 最简单的一集 - volatile 语义 (难度 : )

读 -> 读一个 volatile 必须从 主内存读

写 -> 写一个 volatile 会把 本地内存 写到 主内存去

7.4.2 最好理解的一集 - volatile 保证了 可见性 ( 难度 : )

public class VolatileSTest {
​
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Data data = new Data();
        new Thread(() -> {
            while (true) {
                if (data.bool) {
                    System.out.println("溜了溜了,线程结束了喵!");
                    break;
                }
            }
        }).start();
​
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        // 保证新线程后修改
        new Thread(() -> {
            data.bool = true;
        }).start();
    }
}
class Data {
   // boolean bool = false;
    // volatile boolean bool = false;
}
​

理解方法:

• 如果去掉 volatile : 就会发现 死循环了

• 如果不去掉 volatile : 就会发现 没死循环

自然就很好理解他的 可见性保证

7.4.3 最难复现的一集 - volatile 的 有序性保证 ( 难度 : )

为什么给四颗, 因为首先,凭空想想不到,而且真要复现出重排序很难, 个人运行了几千次线程都出不来

class Number {
    int i = 1;
    volatile int v = 1;
​
    public void set() {
        i = 2;
        v = 2;
    }
​
    public void show() {
        if (v == 2) {
            System.out.println("t = " + i);
        }
    }
}

重排序

问题一

两个线程 :

一个调用 show , 一个线程调用 set

重复一遍 !!!! 两个线程: 一个调用 show , 一个线程调用 set

重复一遍 !!!! 两个线程: 一个调用 show , 一个线程调用 set

重复一遍 !!!! 两个线程: 一个调用 show , 一个线程调用 set

因为在单线程中 , 先调用set方法 ,再调用show方法, 因为 happens-before , 是不会允许重排序的

线程一: {
        i = 2;
        v = 2;
}
线程二: {
        if (v == 2) {
            System.out.println("t = " + i);
        }
}
在不使用 volatile 的情况下
明显,在单线程中 ,两个线程执行的方法体是没有相互依赖的
所以是可以重排序的,所以可以出现
线程一: {
    v = 2
    i = 2
}
线程二: {
    // 先读取 i  (即 先准备一下sout)
    if(v == 2){
       把准备好的i输出
    }
}
​
明显会出现 
错误情况一: v = 2 , i = 1 导致 线程二输出 i = 1
错误情况二: v = 2 , i = 2 ,但是!!因为线程二可以准备好 i ,所以线程二输出 i = 1
都是错的
而使用 volatile 就可以避免这些情况

Q: 欸欸欸！凭什么show一定在set之后啊？就不能先show再set吗？

A: 干嘛?先show的话, 线程二没有输出呗,然后呢???有什么问题吗???

问题二

public class Singleton {
    private volatile static Singleton instance = null;
    public  static Singleton getInstance() {
        if(null == instance) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if(null == instance) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
 
        return instance;
 
    }
}

这个就不说了,

instancec 实例化过程:

分配内存空间
初始化对象
将对象指向刚分配的内存空间

变成

分配内存空间
将对象指向刚分配的内存空间
初始化对象

然后初始化之前又被别的线程获取到了 instance 异常, 就会出现null

7.4.4 最讨厌的一集 - 啥限制重排序啊 ( 难度: )

还是先记一下结论再去理解叭 : 读后写前

读后写前 : volatile读后禁止一且读写重排序, volatile写前禁止一切重排序

理解:

首先要记住,都禁止重排序了, 怎么可能跟可见性有关呢 ?

一定是和 有序性相关。

class Number {
    int i = 1;
    volatile int v = 1;
​
    public void set() {
        i = 2;
        v = 2; // 写 voaltile值
    }
​
    public void show() {
        if (v == 2) { // 读 volatile值
            System.out.println("t = " + i);
        }
    }
}

首先,记住7.4.1：

读 -> 读一个 volatile 必须从 主内存读

写 -> 写一个 volatile 会把 本地内存 写到 主内存去

然后：

先看看特例分析

看show方法： 如果重排序， 是不是会出现 7.4.3 中的 情况二的问题

下面是定性分析

\首先，volatile读写之间肯定要禁止重排序叭，重点不好理解的肯定是为什么 v读之后不可以普通读

对比一下：( 如果真的出现所谓 v读和后面的操作出现重排序会发生什么 )

① v读 -> 读

② v读 -> 写

③ 读 -> v读

④ 写 -> v读

① ③ 对比：

① ： 读主内存，然后放到工作内存 -> 读工作内存

③ ： 读工作内存 -> 读主内存，放到工作内存

有没有发现，①③普通读的工作内存来源不同？一个是之前的，一个是之后的

② ④ 对比：

② ：读主内存，然后放到工作内存 -> 改变工作内存，然后刷盘到主内存

④ ：改变工作内存，然后刷盘到主内存 -> 读主内存，然后放到工作内存

有没有发现，②④volatile读到的主内存来源不同？一个是之前的，一个是之后的

所以 读后不可以重排序

写前同理

7.4.5 最抽象的一集 - 内存屏障 ( 难度: )

写的前后有 StoreStore屏障, StoreLoad屏障

读的后面又 LoadStore屏障, LoadLoad屏障

真恶心,啥跟啥啊 ?

记忆规律: 屏障两个单词, 写是不是Store, 所以是 Store + (Store / Load屏障)

读是不是Load, 所以是 Load + (Store / Load屏障)

算了吧, 要这么细是我不配了

配合 7.4.5 去理解噢,内存屏障我就是说得出来,但是就感觉稀里糊涂不知道什么玩意,就是感觉抽象,我是找不到文章能把这玩意讲的清清楚楚,看完就忘了属于是

7.4.6 最好笑的一级 - volatile干嘛的

无论是看关于volatile的视频还是文章，每次看完我都有种 “ 噢 ，牛逼 ，但是原神是由...(恼）” 的感觉，不是吗

其实吧，如果没有涉及到 多线程公共资源的修改，

volatile 就是FW

所以大多数情况，volatile 就是个FW（大概）

但是,涉及到多线程公共资源的修改,就不一样了!!! 见7.4.6

所以它干嘛用的？

两点： ① 保证可见性 ② 保证有序性

啊 ？ 那前面什么最讨厌的一集？最难复现的一集干嘛的？

给你看看什么情况下volatile居然不是废物诶！原来读前写后是这样的哇！

7.4.7 最震惊的一集 - 真复现出来了 ( 重排序复现 )

public class OutOfOrderExecution {
    private static int i = 0, j = 0;
    private static int a = 0, b = 0;
​
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        int count = 0; // 计数
        while (true) {
            count++;
            i = 0;
            j = 0;
            a = 0;
            b = 0;
            Thread one = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    a = 1;
                    i = b;
                }
            });
            Thread two = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    b = 1;
                    j = a;
                }
            });
            two.start();
            one.start();
            one.join();
            two.join();
            String result = "第" + count + "次（    i= " + i + ", j= " + j + ")";
            if (i == 0 && j == 0) {
                System.out.println(result);
                break;
            } else {
                System.out.println(result);
            }
        }
    }
}
​

最后会出现一次 i = 0 j = 0的情况 ?!