JUC_Volatile简述

概述

Volatile关键字是JVM提供的轻量级同步机制，其特性为：

1.保证可见性

2.不保证原子性

3.禁止指令重排

保证可见性

示例代码

public class Demo01 {
    private static volatile int num = 0;
 
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(()->{
            while (num==0){
            };
        }).start();
 
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
 
        System.out.println(num = 1);
    }
}

运行效果

主线程执行完 num = 1 语句后就马上结束了，显然此时子线程知晓了num == 1，跳出了while循环，子线程结束，主线程也随之结束

换言之，主线程中对num的修改被子线程知晓了，此为可见性

不保证原子性 

原子性：一个操作或者多个操作 要么全部执行 并且执行的过程不会被任何因素打断 要么就都不执行

若要保证原子性：
1.上锁 即synchronized或lock
2.使用原子类 AtomicxXXX

示例代码

public class Demo02 {
    //++本身即是非原子性操作
    private volatile static int num;
    private volatile static AtomicInteger AtomicNum = new AtomicInteger();
 
    private static void add(){
        num++;
    }
 
    private static void AtomicAdd(){
        AtomicNum.addAndGet(1);//底层使用CAS实现
    }
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(()->{
                for (int j = 0; j < 10000; j++) {
                    add();
                }
            }).start();
        }
 
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(()->{
                for (int j = 0; j < 10000; j++) {
                    AtomicAdd();
                }
            }).start();
        }
 
        //JVM中一直开启的线程 main GC
        //所以Thread.activeCount()>2时 可知上述线程尚未执行完
        //此处作用是让main线程让出CPU直到上述线程执行完 否则会在上述线程未执行完的情况下就输出执行输出语句
        while (Thread.activeCount()>2){
            Thread.yield();
        }
 
        System.out.println("num : " + num);
        System.out.println("AtomicNum : " + AtomicNum);
    }
}

运行效果

可以看到，num的值明显不符合预期，这是因为num++并不是原子性操作，并发情况下会出现多个线程同时执行num++的情况；假定一时刻num == 100，此时线程A与线程B同时执行num++，A与B均认为num == 100，所以最终二者向主内存提交的结果均为num == 101，导致最终结果缩水

禁止指令重排

指令重排：指令重排序是指编译器或CPU为了优化程序的执行效率 而对不存在数据依赖的指令进行重新排序的一种机制 并发时指令重排可能会导致预期与结果不一致

关于可见性问题的说明：

一.单线程情况下，无可见性问题

public class Demo03 {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 1;    //1
        int j = 1;    //2
        int k = i + j;//3
 
        System.out.println(k);
    }
}

上述代码中，1与2不存在数据依赖性，所以可能会被指令重排，调换执行顺序；而3数据依赖1与2，所以不可能被指令重排，先于1、2执行

二.多线程情况下，可能引发可见性问题

public class Demo03 {
    static int num = 0;
    static boolean flag = false;
 
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            if (flag) {                        //1
                num = num + num;               //2       
                System.out.println(num);       
            }
        }).start();
 
        new Thread(() -> {
            num = 1;                           //3
            flag = true;                       //4
        }).start();
    }
}

若在单线程情况下，1数据依赖4，2数据依赖3，所以3、4必然先于1、2执行，可能的执行顺序为3412或4312；但在多线程情况下，3、4可能会被指令重排，若此时的执行顺序为4123，则会导致输出的结果为0，产生预期与结果不一致的问题