【Java】之 volatile

一、簡介

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happen before 是時鐘順序的先後，並不能保證線程交互的可見性。

即：存在某線程對副本操作，但對於其他線程都是不可見的。

可見性：指某線程修改共享變量的指針對其他線程來說都是可見的，它反映的是指令執行的實時透明度

每個線程都有獨佔的內存區域，如操作棧、本地變量表等
線程本地內存保存了引用變量在堆內存中的副本，線程對變量的所有操作都在本地內存區域中進行，執行結束後再同步到堆內存中。

線程執行或線程切換都是納秒級的。

volatile: 揮發，不穩定。

當使用 volatile修飾變量時，意味着任何對此變量的操作都會在內存中進行，不會產生副本，以保證共享變量的可見性，局部阻止了指令重排的發生。

volatile解決的是多線程共享變量的可見性問題，類似於 synchronized，但不具備sychronized的互斥性

二、案例

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（1）雙檢查鎖（Double-checked Locking）

如下代碼：

class LazyInitDemo {
    
    private static TransactionService service = null;
    
    public static TransactionService getTransactionService() {
        
        if (service == null) {
            // 或者 TransactionService.class
            synchronized (LazyInitDemo.class) {
                if (service == null) {
                    service == new TransactionService();
                }
            }
        }
        
        return service;
    }
}

調用getTransactionService()可能會得到初始化未完成的對象

原因：與 JVM 的編譯優化有關
線程1 執行new TransactionService(), 構造方法還未被調用，編譯器僅僅爲該對象分配了內存空間並設爲默認值
線程2 調用getTransactionService()，由於 service != null，但是此時service對象還沒有被賦予真正有效的值，從而無法取到正確的 service 單例對象。

解決方法：加上volatile
private static volatile TransactionService service = null;

（2）volatile 不具互斥性

public class VolatileNotAtomic {
    private static volatile long count = 0L;
    private static final int NUMBER = 10000;

    public static void main(String[] args) {
        
        Thread subtractThread = new SubtractThread();
        subtractThread.start();
        
        for (int i = 0; i < NUMBER; ++i) {
            count ++;
        }
        
        // 等待減法線程結束
        while (subtractThread.isAlive()){}

        System.out.println("count 最後的值： " + count);
    }
    
    private static class SubtractThread extends Thread {
        
        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < NUMBER; ++i) {
                count --;
            }
        }
    }
}

結果基本不爲0, 因爲--與++並不是原子操作。

字節碼如下：

// 1. 讀取 count 並壓入操作棧頂
GETSTATIC count: I

// 2. 常量 1 壓入操作棧頂
ICONST_1

// 3. 取出最頂部兩個元素進行相加
IADD

// 4. 將剛纔得到的和賦值給 count
PUTSTATIC count: I

解決方案：針對--與++，可以加鎖，如sychronized

三、實際場景

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1. 能實現 count++ 原子操作的其他類有：AtomicLong 和 LongAdder

JDK8 推薦使用 LongAdder類，它比 AtomicLong性能更好，有效地減少了樂觀鎖的重試次數

2. 一讀多寫的併發場景，使用volatile修飾變量則非常合適

最典型的應用：CopyOnWriteArrayList