【原】一個具體的例子學(xué)習(xí)Java volatile關(guān)鍵字

汪子熙 2019-03-16

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相信大多數(shù)Java程序員都學(xué)習(xí)過volatile這個關(guān)鍵字的用法。百度百科上對volatile的定義：

volatile是一個類型修飾符（type specifier），被設(shè)計用來修飾被不同線程訪問和修改的變量。volatile的作用是作為指令關(guān)鍵字，確保本條指令不會因編譯器的優(yōu)化而省略，且要求每次直接讀值。

可能有很多剛學(xué)Java的朋友們看了上面這段非常籠統(tǒng)的描述后仍然覺得云里霧里的。

下面我們就用一個具體的例子來學(xué)習(xí)volatile的用法。

看這個例子：

public class ThreadVerify {    public static Boolean stop = false;    public static void main(String args[]) throws InterruptedException {
        Thread testThread = new Thread(){            @Override
            public void run(){                int i = 1;                while(!stop){                    //System.out.println("in thread: " + Thread.currentThread() + " i: " + i);
                    i++;
                }
                System.out.println("Thread stop i="+ i);
            }
        }
        ;
        testThread.start();
        Thread.sleep(1000);
        stop = true;
        System.out.println("now, in main thread stop is: " + stop);
        testThread.join();
    }
}

這段代碼在主線程的第二行定義了一個布爾變量stop, 然后主線程啟動一個新線程，在線程里不停得增加計數(shù)器i的值，直到主線程的布爾變量stop被主線程置為true才結(jié)束循環(huán)。

主線程用Thread.sleep停頓1秒后將布爾值stop置為true。

因此，我們期望的結(jié)果是，上述Java代碼執(zhí)行1秒鐘后停止，并且打印出1秒鐘內(nèi)計數(shù)器i的實際值。

然而，執(zhí)行這個Java應(yīng)用后，你發(fā)現(xiàn)它進入了死循環(huán)，在任務(wù)管理器里發(fā)現(xiàn)這個Java程序CPU占用率飆升。

原因是什么呢？讓我們溫習(xí)下計算機專業(yè)課操作系統(tǒng)中講過的內(nèi)存模型的知識。

以Java內(nèi)存模型為例，Java內(nèi)存模型分為主內(nèi)存(main memory)和工作內(nèi)存(work memory)。主內(nèi)存內(nèi)的變量由所有線程共享，每個線程擁有自己的工作內(nèi)存，里面的變量包含了線程局部變量。主內(nèi)存中的變量如果被線程使用到，則線程的工作內(nèi)存會維護一份主內(nèi)存變量的副本拷貝。

線程對變量的所有讀寫操作必須在工作內(nèi)存中進行，不能直接操作主內(nèi)存中的變量。不同線程之間也無法直接訪問對方的工作內(nèi)存。線程間變量的傳遞需通過主內(nèi)存來完成。線程、主內(nèi)存、工作內(nèi)存三者之間的交互關(guān)系如下圖：

如果線程在自己的執(zhí)行代碼里修改了定義在主線程（主內(nèi)存）中的變量，修改直接發(fā)生在線程的工作內(nèi)存里，然后在某個時刻（Java程序員無法控制這個時刻，而是由JVM調(diào)度的），這個修改從工作內(nèi)存寫回到主內(nèi)存。

回到我們的例子。盡管主線程修改了stop變量，但是僅僅修改了主內(nèi)存中的值，而操作計數(shù)器的線程的工作內(nèi)存里的stop變量還是舊的值，始終為false。因此這個線程陷入了死循環(huán)。

知道了原理，解決方案就很簡單了。在stop變量前加上關(guān)鍵字volatile進行修飾，這樣在計數(shù)器線程里每次讀取stop的值時，volatile會強制該線程從主內(nèi)存讀取，而不是從當前線程的工作內(nèi)存讀取。這樣就避免了死循環(huán)。下圖顯示1秒鐘之后，計數(shù)器執(zhí)行了14億次。