java 內存模型與volatile關鍵字

java內存模型可以大致理解分爲兩個模塊，主內存和私有內存。主內存中主要是存放一些共享的全局變量，私有內存主要是存放線程所需的私有變量。一般情況下，如果某個線程需要使用主內存的全局變量。首先，它會拷貝一份主內存裏面的全局變量到私有內存，進行操作，操作完成以後再把這個變量同步到主內存。如下圖：

如果是單線程的，到沒什麼問題，但是如果是多線程的，就有可能出現數據不一致的問題，因爲線程之間是不可見的。看下面一個例子：

package org.hzg.volatilekeyword;
/**
 * Created by hzgal on 2019-3-21.
 */
class ThreadVolatileDemo extends Thread {
    public boolean flag = true;
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("ThreadVolatileDemo線程開始執行....");
        while (flag) {
        }
        System.out.println("ThreadVolatileDemo線程停止");
    }
    public void stopThread() {
        this.flag = false;
    }
}

public class Demo1 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ThreadVolatileDemo threadVolatileDemo = new ThreadVolatileDemo();
        threadVolatileDemo.start();
        Thread.sleep(3000);
        threadVolatileDemo.stopThread();
        System.out.println("flag 已經設置成false");
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println(threadVolatileDemo.flag);
    }
}

上面這段程序執行後會發生一個現象，就是會一直執行。原因就在於主線程中雖然對flag進行了修改，但是線程掛起了一秒，導致在主線程私有內存裏面的flag沒有同步到主內存中，所以子線程的flag仍然爲true，導致自線程一直在執行。解決方案，利用volatile關鍵字，volatile關鍵字有如下含義：
1）保證了不同線程對這個變量進行操作時的可見性，即一個線程修改了某個變量的值，這新值對其他線程來說是立即可見的。
2）禁止進行指令重排序。
也就是說在併發編程中，volatile關鍵字可以在一定程度上保證可見性和有序性。上面的問題這樣處理就可以了。

public volatile boolean flag = true;

但是問題來了，使用volatile有一個弊端，就是它無法保證併發編程下的一致性。看下面這個例子：

package org.hzg.volatilekeyword;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
/**
 * Created by hzgal on 2019-3-22.
 */
class VolatileDemo2 extends Thread{
    private volatile static int count;
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            count++;
        }
        System.out.println("線程" + currentThread().getName() + "執行結束，結果爲：" + count);
    }
}
public class Demo2 {
    public static void main(String[] args) {
        List<VolatileDemo2> thradList = new ArrayList<VolatileDemo2>(10);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            thradList.add(new VolatileDemo2());
        }
        for (VolatileDemo2 volatileDemo2 : thradList) {
            volatileDemo2.start();
        }
    }
}

上面的例子會出現如下情況：

這就是volatile關鍵字雖然使得每個線程都對count可見，但是無法保證這些線程對count的操作是原子的。有可能兩個線程同時執行了count++的操作，但是隻有一次同步到主內存了。解決上面的問題的方法有很多，其核心的思想就是加鎖，保證對count變量的操作的原子性即可。下面舉兩個例子：
1、利用java併發包裏面的工具類。如下：

package org.hzg.volatilekeyword;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
/**
 * Created by hzgal on 2019-3-22.
 */
class VolatileDemo3 extends Thread{
    private volatile static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            count.incrementAndGet();
        }
        System.out.println("線程" + currentThread().getName() + "執行結束，結果爲：" + count.get());
    }
}
public class Demo3 {
    public static void main(String[] args) {
        List<VolatileDemo3> thradList = new ArrayList<VolatileDemo3>(10);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            thradList.add(new VolatileDemo3());
        }
        for (VolatileDemo3 volatileDemo3 : thradList) {
            volatileDemo3.start();
        }
    }
}

結果如下：

2、利用synchronized關鍵字

package org.hzg.volatilekeyword;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
/**
 * Created by hzgal on 2019-3-22.
 */
class VolatileDemo4 extends Thread{
    private volatile static int count;
    private static final String lock = "countLock";
    @Override
    public void run() {
        synchronized (lock) {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                count++;
            }
            System.out.println("線程" + currentThread().getName() + "執行結束，結果爲：" + count);
        }
    }
}
public class Demo4 {
    public static void main(String[] args) {
        List<VolatileDemo4> thradList = new ArrayList<VolatileDemo4>(10);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            thradList.add(new VolatileDemo4());
        }
        for (VolatileDemo4 volatileDemo4 : thradList) {
            volatileDemo4.start();
        }
    }
}

結果如下：