Java并发编程原理与实战十二：深入理解volatile原理与使用

volatile：称之为轻量级锁，被volatile修饰的变量，在线程之间是可见的。

可见：一个线程修改了这个变量的值，在另一个线程中能够读取到这个修改后的值。

synchronized除了线程之间互斥之外，还有一个非常大的作用，就是保证可见性。以下demo即保证a值的可见性。

首先来看demo：

package com.roocon.thread.t7;


public class Demo {
    private int a = 1;

    public int getA() {
        return a;
    }

    public void setA(int a) {
        try {
            Thread.sleep(200);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        this.a = a;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Demo demo = new Demo();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
               demo.setA(10);
            }
        }).start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(demo.getA());
            }
        }).start();

        try {
            Thread.sleep(500);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("最终结果：" + demo.getA());
    }
}

运行结果：

1
最终结果：10

解释：线程1执行set操作，但是，线程2可能在线程1执行set操作成功之前就进行了get操作，这样，get得到的仍然是修改之前的a值

那么，如何保证线程1在执行set操作时，其他线程得到的a值是线程1修改后的值呢？采用同步锁可以实现效果。同步方法上锁的是同一个实例，因此，在执行set方法前，线程1获取了实例锁，那么，其他线程在执行get方法时，必须获得同一把实例锁才可以得到a的值，所以，必须等待线程1释放实例锁后，其他线程才可以继续执行同步的get方法。这样，就可以保证其他线程得到的a值一定是线程1修改后的值。

package com.roocon.thread.t7;


public class Demo {
    private int a = 1;

    public synchronized int getA() {
        return a;
    }

    public synchronized void setA(int a) {
        try {
            Thread.sleep(200);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        this.a = a;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Demo demo = new Demo();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
               demo.setA(10);
            }
        }).start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(demo.getA());
            }
        }).start();

        try {
            Thread.sleep(500);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("最终结果：" + demo.getA());
    }
}

运行结果：

10
最终结果：10

当然，要清楚的一点是，这里的输出统一仅仅是基于线程1的set操作是先于线程2的get操作执行的。但是，要知道，两个线程并发执行，不一定是set操作一定优先get操作执行的。

同样的，volatile也可以保证可见性。因为synchronized是重量级锁，所以，使用volatile会更好。

package com.roocon.thread.t7;


public class Demo {
    private volatile int a = 1;

    public int getA() {
        return a;
    }

    public void setA(int a) {
        this.a = a;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Demo demo = new Demo();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
               demo.setA(10);
            }
        }).start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(demo.getA());
            }
        }).start();

        try {
            Thread.sleep(500);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("最终结果：" + demo.getA());
    }
}

运行结果：

10
最终结果：10

再来看个demo理解volatile的可见性：

package com.roocon.thread.t7;

public class Demo2 {
    public volatile boolean run = false;

    public static void main(String[] args) {
        Demo2 demo2 = new Demo2();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 1; i< 5; i++) {
                    System.out.println("执行了第" + i +"次");
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                demo2.run = true;
            }
        }).start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while(!demo2.run){

                }
                System.out.println("线程2执行了");
            }
        }).start();
    }
}

运行结果：

执行了第1次
执行了第2次
执行了第3次
执行了第4次
线程2执行了

这里需要注意的是，volatile只能保证线程的可见性，但是并不能保证原子性操作。如果volatile修饰的变量涉及到非原子操作，那么，我们需要使用synchronized来保证它的安全性。

package com.roocon.thread.t7;


public class Demo {
    private volatile int a = 1;

    public synchronized int getA() {
        return a++;
    }

    public synchronized void setA(int a) {
        this.a = a;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Demo demo = new Demo();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
               demo.setA(10);
            }
        }).start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(demo.getA());
            }
        }).start();

        try {
            Thread.sleep(500);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("最终结果：" + demo.getA());
    }
}

运行结果：

10
最终结果：11

volatile：

在多处理器的系统上，它会执行一下步骤：

1.将当前处理器缓存行的内容写回到系统内存

2.这个写回到内存的操作会使得在其他CPU里缓存了该内存地址的数据失效

3.其他CPU缓存数据失效，则会重新去内存中读取值，也就是被修改的数据

这里要理解的一个概念是缓存行，缓存行是CPU缓存的一个基本单位。

硬盘---内存--CPU缓存，内存的读取速度比硬盘快，CPU缓存的读取速度比内存更高效。

volatile和synchronized的比较：

synchronized是完全可以替换volatile的，只是volatile相对synchronized是轻量级锁。

volatile是不可以完全替换synchronized的，因为volatile只能保证可见性，并不能保证操作的原子性。所以，很多情况下，两者会相互结合使用。

参考资料：

《java并发编程与实战》龙果学院