java中volatile关键字

2022-01-26 05:11:55

v一、前言

　　JMM提供了volatile变量定义、final、synchronized块来保证可见性。

　　用volatile修饰的变量，线程在每次使用变量的时候，都会读取变量修改后的最的值。volatile很容易被误用，用来进行原子性操作。写了几个测试的例子，大家可以试一试。

　　关于JMM，可参考：http://www.cnblogs.com/hujunzheng/p/5118256.html

v二、主程序

public class Main{
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
        List<Thread> threadList = new ArrayList<Thread>();
        for(int i=0; i<10; ++i){
            Thread thread = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    Single.Holder.instance.add();
                }
            });
            threadList.add(thread);
            thread.start();
        }
        
        for(Thread thread : threadList)
            thread.join();
        
        System.out.println(Single.Holder.instance.x);
    }
}

v三、单例模式测试

　　1、没有volatile，没有synchronized的情况　　　

class Single{
    public int x = 0;
    public void add(){
        try {
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(50);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        ++this.x;
    }
    
    public static class Holder{
        public static Single instance = new Single();
    }
}

　　　　输出结果：8， 9， 10都出现过。可以多运行，多试一试，就会发现不同的结果。

　　2、有volatile，没有synchronized

class Single{
    public volatile int x = 0;
    public void add(){
        try {
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(50);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        ++this.x;
    }
    
    public static class Holder{
        public static Single instance = new Single();
    }
}

　　　　输出结果：最多出现的是9 和 10。

　　3、没有volatile，有synchronized

class Single{
    public int x = 0;
    public synchronized void add(){
        try {
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(50);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        ++this.x;
    }
    
    public static class Holder{
        public static Single instance = new Single();
    }
}

　　输出结果：无论运行多少次都是10。

v四、关于volatile在DCL(double check lock)中的应用

　　摘自：http://www.iteye.com/topic/260515 ，讲的不错。

public class LazySingleton {
    private int someField;
    
    private static LazySingleton instance;
    
    private LazySingleton() {
        this.someField = new Random().nextInt(200)+1;         // (1)
    }
    
    public static LazySingleton getInstance() {
        if (instance == null) {                               // (2)
            synchronized(LazySingleton.class) {               // (3)
                if (instance == null) {                       // (4)
                    instance = new LazySingleton();           // (5)
                }
            }
        }
        return instance;                                      // (6)
    }
    
    public int getSomeField() {
        return this.someField;                                // (7)
    }
}

　　首先说明一下，为什么这种写法在java中是行不通的！

　　假设线程Ⅰ是初次调用getInstance()方法，紧接着线程Ⅱ也调用了getInstance()方法和getSomeField()方法，我们要说明的是线程Ⅰ的语句(1)并不happen-before线程Ⅱ的语句(7)。线程Ⅱ在执行getInstance()方法的语句(2)时，由于对instance的访问并没有处于同步块中，因此线程Ⅱ可能观察到也可能观察不到线程Ⅰ在语句(5)时对instance的写入，也就是说instance的值可能为空也可能为非空。我们先假设instance的值非空，也就观察到了线程Ⅰ对instance的写入，这时线程Ⅱ就会执行语句(6)直接返回这个instance的值，然后对这个instance调用getSomeField()方法，该方法也是在没有任何同步情况被调用，因此整个线程Ⅱ的操作都是在没有同步的情况下调用 ，这说明线程Ⅰ的语句(1)和线程Ⅱ的语句(7)之间并不存在happen-before关系，这就意味着线程Ⅱ在执行语句(7)完全有可能观测不到线程Ⅰ在语句(1)处对someFiled写入的值，这就是DCL的问题所在。很荒谬，是吧？DCL原本是为了逃避同步，它达到了这个目的，也正是因为如此，它最终受到惩罚，这样的程序存在严重的bug，虽然这种bug被发现的概率绝对比中彩票的概率还要低得多，而且是转瞬即逝，更可怕的是，即使发生了你也不会想到是DCL所引起的。

　　我的理解是：线程I 和线程II 都有自己的工作存储，线程I 创建好了instance后，向内存刷新的时间是不确定的，所以线程Ⅱ在执行语句(7)完全有可能观测不到线程Ⅰ在语句(1)处对someFiled写入的值。

　　那么由于在java 5中多增加了一条happen-before规则：

对volatile字段的写操作happen-before后续的对同一个字段的读操作。

　　利用这条规则我们可以将instance声明为volatile，即： private volatile static LazySingleton instance;

　根据这条规则，我们可以得到，线程Ⅰ的语句(5) -> 语线程Ⅱ的句(2) （也就是线程），根据单线程规则，线程Ⅰ的语句(1) -> 线程Ⅰ的语句(5)和语线程Ⅱ的句(2) -> 语线程Ⅱ的句(7)，再根据传递规则就有线程Ⅰ的语句(1) -> 语线程Ⅱ的句(7)，这表示线程Ⅱ能够观察到线程Ⅰ在语句(1)时对someFiled的写入值，程序能够得到正确的行为。

　　补充：在java5之前对final字段的同步语义和其它变量没有什么区别，在java5中，final变量一旦在构造函数中设置完成（前提是在构造函数中没有泄露this引用)，其它线程必定会看到在构造函数中设置的值。而DCL的问题正好在于看到对象的成员变量的默认值，因此我们可以将LazySingleton的someField变量设置成final，这样在java5中就能够正确运行了。

　　就先写到这里了，如果大神路过，可以给我提供一个测试 volatile 的例子，我实在是写不出来。

码农公寓

v一、前言

v二、主程序

v三、单例模式测试

v四、关于volatile在DCL(double check lock)中的应用

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