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前言

原理

可见性

有序性

示例

示例1：解决可见性问题

示例2：解决有序性问题

总结

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前言

        在Java中，volatile 关键字用于解决并发场景下的可见性和有序性问题。通过理解 volatile 的工作原理和使用示例，可以更好地应用它来解决并发编程中的一些常见问题。

原理

可见性

在Java内存模型（JMM）中，每个线程都有自己的本地内存（缓存），线程对变量的读写操作先在本地内存中进行，然后再同步到主内存。这样，当一个线程修改了某个变量的值，其他线程可能无法立即看到这个变化，从而引发可见性问题。

volatile 关键字可以解决这个问题。当一个变量被声明为 volatile，它具有以下特性：

• 可见性：对 volatile 变量的读写操作会直接操作主内存，而不是线程的本地内存。这意味着，当一个线程修改了 volatile 变量，其他线程立即可见。

有序性

在没有 volatile 的情况下，Java编译器、运行时和处理器可以对代码进行优化，重新排序指令。这可能会导致指令的执行顺序与代码的书写顺序不一致，从而引发有序性问题。

volatile 关键字通过内存屏障（Memory Barriers）确保了指令的有序性：

• 写屏障：在写入 volatile 变量之前，会插入一个写屏障，确保在此之前的所有写操作都已写入主内存。
• 读屏障：在读取 volatile 变量之后，会插入一个读屏障，确保在此之后的所有读操作都能从主内存读取最新的值。

示例

下面是一个示例，通过 volatile 关键字解决可见性和有序性问题：

示例1：解决可见性问题

public class VolatileVisibilityExample {private static volatile boolean running = true;public static void main(String[] args) {Thread worker = new Thread(() -> {while (running) {// Busy-wait loop}System.out.println("Worker thread stopped.");});worker.start();try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}running = false;System.out.println("Main thread set running to false.");}
}

在这个示例中，running 变量被声明为 volatile，确保当主线程将 running 设置为 false 后，工作线程能够立即看到这个变化并终止循环。

示例2：解决有序性问题

public class VolatileOrderingExample {private static volatile int x = 0;private static volatile int y = 0;public static void main(String[] args) {Thread writer = new Thread(() -> {x = 1; // Ay = 2; // B});Thread reader = new Thread(() -> {int r1 = y; // Cint r2 = x; // DSystem.out.println("r1: " + r1 + ", r2: " + r2);});writer.start();try {writer.join(); // 确保writer线程先执行完} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}reader.start();}
}

在这个示例中，x 和 y 变量被声明为 volatile，确保写线程中的写操作（A和B）在读线程中的读操作（C和D）之前完成，从而保证有序性。在没有 volatile 的情况下，读线程可能会看到 y 已经被赋值为 2，而 x 仍然是初始值 0，导致输出不一致。

总结

• 可见性：volatile 确保变量的修改对所有线程立即可见。任何一个线程对 volatile 变量的修改都会立即写入主内存，并且其他线程对该变量的读取操作会直接从主内存读取最新的值。
• 有序性：volatile 通过内存屏障确保指令的有序执行。在对 volatile 变量的写操作前插入写屏障，确保写操作不会被重新排序；在对 volatile 变量的读操作后插入读屏障，确保读操作不会被重新排序。

通过使用 volatile 关键字，可以在多线程环境下确保变量的可见性和指令的有序性，从而避免竞态条件和内存可见性问题。然而，volatile 仅适用于某些特定场景，对于更复杂的同步问题，仍需使用其他同步机制，如 synchronized、Lock 等。