JVM对高并发的支持-volatile

volatile解决可见性与重排序的问题

volatile是JVM提供的一个轻量级的同步机制

1. 保证可见性

volatile修饰的变量可以对所有线程立即可见

由JMM相关知识可知，当给变量加了volatile关键字后，当主内存中的变量被修改后，其他拷贝主内存中变量的线程会将之前拷贝的变量置为无效，重新从主内存中读取更新后的变量。

2. 禁止指令重排

java中，并非所有的语句都是原子性的（并非写成一行的语句就会原子执行）

JVM会对编写的代码进行一些额外的优化，但是原则是：不影响单线程程序的执行结果，即最后的执行结果肯定是保证相同的。

从一个单例模式开始说起

public class Singleton {
   private static Singleton instance = null;//多个线程共享instance
   private Singleton() {}
   public static Singleton getInstance() {
       if (instance == null){
           synchronized(Singleton.class){
              if (instance == null)
                  instance = new Singleton();
               }
         }
         return instance;
     }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

ps：这段代码有问题，要不然不会总结volatile关键字了

instance = new Singleton();
1

上面这行代码不是一个原子性的操作，JVM在执行时大致拆分为以下三步：

1. 分配内存地址、内存空间
2. 实例化对象
3. 将对象赋值为1分配好的内存

由于重排序，可能是1、3、2，单线程情况下并不会出异常，但是多线程：

线程X：执行到3（已被赋值了，不为null但是还未实例化），与此同时

线程Y：执行到

if (instance == null){
    
}
return instance;
1
2
3
4

发现instance不为null ，直接将该未实例化的对象返回，后续如果使用的话会造成未知的错误

======================================================================================

所以为了避免上述的问题，我们给instance加上volatile关键字，禁止JVM重排序

private volatile static Singleton instance = null;
1

这样子，这个单例模式才算是完整

注意：此处解决的问题为禁止重排序，但是volatile并不保证原子性，所以并不能保证线程安全

volatile工作原理？

内存屏障

在volatile写操作前，插入一个StoreStore屏障

在volatile写操作后，插入一个StoreLoad屏障

在volatile读操作前，插入一个LoadLoad屏障

在volatile读操作后，插入一个LoadStore屏障

注意：volatile并不是线程安全的

比如常见的“漏加”例子：

public class TestVolatile_1 {
	public static volatile int num = 0;
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		for (int i = 0; i <100; i++) {
			new Thread(new Runnable() {
				@Override
				public void run() {
					for (int i = 0; i <20000; i++) {
						 num++;//num++不是一个原子性操作
					}
				}
			}).start();
		}
		Thread.sleep(3000);//休眠3秒，确保创建的100个线程都已执行完毕
		System.out.println(num);
	 }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17

num++被多个线程同时执行，造成漏加

可以使用JUC中的原子类来保证线程安全

public class TestVolatile_2 {
	public static AtomicInteger  num = new AtomicInteger(0);
	public static void main(String[] args) throws Exception {
	   for (int i = 0; i <100; i++) {
		  new Thread(new Runnable() {
			 @Override
			 public void run() {
				for (int i = 0; i <20000; i++) {
				  num.incrementAndGet() ;// num自增，功能上相当于int类型的num++操作
				}
			 }
		   }).start();
		}
	   Thread.sleep(3000);//休眠3秒，确保创建的100个线程都已执行完毕
	   System.out.println(num);
	}
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17

AtomicInteger实现了CAS算法