java多线程学习笔记（七）

volatile关键字

关键字volatile的主要作用是使变量在多个线程间可见。

public class PrintString {
    private boolean isContinue = true;
    public boolean isContinue(){
        return isContinue;
    }
    public void setContinue(boolean isContinue){
        this.isContinue = isContinue;
    }
    public void PrintMethod(){
        try{
            while (isContinue ==true){
                System.out.println("Name = "+ Thread.currentThread().getName());
                Thread.sleep(1000);
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

public class Run {
    public static void main(String[] args) {
        PrintString printString = new PrintString();
        printString.PrintMethod();
        System.out.println("i'm stop_ing myself!");
        printString.setContinue(false);
    }
}

运行结果为：

Name = main
Name = main
Name = main
Name = main
Name = main
Name = main
...

程序开始运行后，根本停不下来，主要原因是main线程的while循环停不下来，导致程序不能执行后续的代码，解决方法当然是使用多线程技术。

解决同步的死循环：

package page_3;

public class PrintString_change implements Runnable{
    private boolean isContinue = true;
    public boolean isContinue(){
        return isContinue;
    }
    public void setContinue(boolean isContinue){
        this.isContinue = isContinue;
    }
    public void PrintMethod(){
        try{
            while (isContinue ==true){
                System.out.println("Name = "+ Thread.currentThread().getName());
                Thread.sleep(1000);
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    @Override
    public void run(){
        PrintMethod();
    }
}

public class Run_change {
    public static void main(String[] args) {
        PrintString_change printString = new PrintString_change();
        new Thread(printString).start();
        System.out.println("i'm stop_ing myself!");
        printString.setContinue(false);
    }

}

运行的结果为：

i'm stop_ing myself!
Name = Thread-0

关键字volatile的作用是强制从公共堆栈中取得变量的值，而不是从线程的私有数据栈中取得变量的值？

下面这段内容摘自：风过无痕的博客

先来看一段代码：

package page_4;

public class Task implements Runnable{
    boolean running = true;
    int i = 0;
    @Override
    public void run(){
        while (running){
            i++;
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Task task = new Task();
        Thread th = new Thread(task);
        th.start();
        Thread.sleep(1000);
        task.running=false;
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println(task.i);
        System.out.println("线程停止");
    }
}

这段代码想要他停止，结果无法停止成功，这个是因为JVM的特性，先来看看java的内存模型，如下图：

java内存分为工作内存和主存
工作内存：即java线程的本地内存，是单独给某个线程分配的，存储局部变量等，同时也会复制主存的共享变量作为本地
的副本，目的是为了减少和主存通信的频率，提高效率。
主存：存储类成员变量等

可见性是指的是线程访问变量是否是最新值。
局部变量不存在可见性问题，而共享内存就会有可见性问题，
因为本地线程在创建的时候，会从主存中读取一个共享变量的副本，且修改也是修改副本，
且并不是立即刷新到主存中去，那么其他线程并不会马上共享变量的修改。 
因此，线程B修改共享变量后，线程A并不会马上知晓，就会出现上述死循环的问题。

解决共享变量可见性问题，需要用volatile关键字修饰。
如代码就不会出现死循环：

    volatile boolean running = true;
    int i = 0;
    @Override
    public void run(){
        while (running){
            i++;
        }
    }

那么为什么能解决死循环的问题呢？
可见性的特性总结为以下2点：
1. 对volatile变量的写会立即刷新到主存
2. 对volatile变量的读会读主存中的新值

如此一来，就不会出现死循环了。

为了能更深刻的理解volatile的语义，我们来看下面的时序图，回答这2个问题：

问题1：t2时刻，如果线程A读取running变量，会读取到false，还是等待线程B执行完呢？
答案是否定的，volatile并没有锁的特性。
问题2：t4时刻，线程A是否一定能读取到线程B修改后的最新值
答案是肯定的，线程A会从重新从主存中读取running的最新值。

虽然running变量上没有volatile关键字修饰，但是读和写running都是同步方法

同步块存在如下语义：
1.进入同步块，访问共享变量会去读取主存
2.退出同步块，本地内存对共享变量的修改会立即刷新到主存
因此上述代码不会出现死循环。

写在前面的结论：volatile 并不会有锁的特性

1. 关键字volatile是线程同步的轻量级实现，所以volatile性能肯定比synchronized要好，并且volatile只能修饰于变量，而synchronized可以修饰方法以及代码块。
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，synchronized可以保证原子性，也可以间接保证可见性，因为它会将私有内存和公共内存的数据做同步（如上面的那个代码案例所示）。
4. 关键字volatile解决的是变量在多个线程之间的可见性，而synchronized关键字解决的是多线程之间访问资源的同步性。

线程安全包括原子性和可见性两个方面，Java的同步机制都是围绕这两个方面来确保线程安全的。

volatile变量的原子性
我看了很多文章，有些文章甚至是出版的书籍都说volatile不是原子的，
他们举的例子是i++操作，i++本身不是原子操作，是读并写，我这里要讲的原子性
指的是写操作，原子性的特别总结为2点：
1. 对一个volatile变量的写操作，只有所有步骤完成，才能被其它线程读取到。
2. 多个线程对volatile变量的写操作本质上是有先后顺序的。也就是说并发写没有问题。
这样说也许读者感觉不到和非volatile变量有什么区别，我来举个例子：
//线程1初始化User
User user;
user = new User();
//线程2读取user
if(user!=null){
user.getName();
}
在多线程并发环境下，线程2读取到的user可能未初始化完成
具体来看User user = new User的语义：
1：分配对象的内存空间
2：初始化对线
3：设置user指向刚分配的内存地址
步骤2和步骤3可能会被重排序，流程变为
1->3->2
这些线程1在执行完第3步而还没来得及执行完第2步的时候，如果内存刷新到了主存，
那么线程2将得到一个未初始化完成的对象。因此如果将user声明为volatile的，那么步骤2,3
将不会被重排序。
下面我们来看一个具体案例，一个基于双重检查的懒加载的单例模式实现：

这个单例模式看起来很完美，如果instance为空，则加锁，只有一个线程进入同步块
完成对象的初始化，然后instance不为空，那么后续的所有线程获取instance都不用加锁，
从而提升了性能。
但是我们刚才讲了对象赋值操作步骤可能会存在重排序，
即当前线程的步骤4执行到一半，其它线程如果进来执行到步骤1，instance已经不为null，
因此将会读取到一个没有初始化完成的对象。
但如果将instance用volatile来修饰，就完全不一样了，对instance的写入操作将会变成一个原子
操作，没有初始化完，就不会被刷新到主存中。
修改后的单例模式代码如下：

对volatile理解的误区

很多人会认为对volatile变量的所有操作都是原子性的，比如自增i++

这其实是不对的。

看如下代码：

如果i++的操作是线程安全的，那么预期结果应该是i=20000

然而运行的结果是：11349
说明i++存在并发问题
i++语义是i=i+1
分为2个步骤
步骤1：读取i=0
步骤2：计算i+1=1，并重新赋值给i
那么可能存在2个线程同时读取到i=0，并计算出结果i=1然后赋值给i
那么就得不到预期结果i=2。
这个问题说明了2个问题：
1.i++这种操作不是原子操作
2.volatile 并不会有锁的特性