Java多線程并發編程 Volatile關鍵字

volatile 關鍵字是一個神秘的關鍵字，也許在 J2EE 上的 JAVA 程序員會了解多一點，但在 Android 上的 JAVA 程序員大多不了解這個關鍵字。只要稍了解不當就好容易導致一些并發上的錯誤發生，例如好多人把 volatile 理解成變量的鎖。（并不是）

volatile 的特性：

具備可見性

保證不同線程對被 volatile 修飾的變量的可見性。

有一被 volatile 修飾的變量 i，在一個線程中修改了此變量 i，對于其他線程來說 i 的修改是立即可見的。

如：

volatile int i = 0；// 語句 1
i++; // 語句 2

語句 2 執行完后，i 最新的值會立即被強制更新到主內存（共享內存），并通知其他緩存了 i 的線程，令其他線程的工作內存里的 i 失效，從而需重新到主內存讀取最新的值。

具備有序性

被 volatile 修飾的變量，不會被優化排序。

解決的問題詳見：Java 多線程并發編程 并發三大要素 的 三、有序性。

當編譯器在給程序優化排序時，若遇到 volatile 變量的讀操作或者寫操作，則會保證在其前面的操作全部進行完成，且結果對后面的操作可見；并且保證在其后面的操作沒有進行。

不具備原子性

volatile 不具備原子性，所以它是線程不安全的。

實驗：

// 一個單例的實現
public class SingletonTest {

  private static volatile SingletonTest mInstance = null;

  private SingletonTest() {}

  public static SingletonTest getInstance() {

    if (mInstance == null) {
      mInstance = new SingletonTest();
      System.out.println(" 初始化完成 ");
    }

    return mInstance;
  }
}


// 測試代碼
public class Test {

  public static void main(String[] var0) {
    for(int i = 0; i < 20; i++){
      ThreadTest test = new ThreadTest();
      test.start();
    }
  }

  static class ThreadTest extends Thread{

    @Override
    public void run() {
      super.run();

      SingletonTest.getInstance();
    }
  }

}

結果：
每次運行都輸出多個 “初始化完成”。

volatile 的解釋

下面這段話摘自《深入理解 Java 虛擬機》：

“觀察加入 volatile 關鍵字和沒有加入 volatile 關鍵字時所生成的匯編代碼發現，加入 volatile 關鍵字時，會多出一個 lock 前綴指令”

被 volatile 修飾的變量進行讀和寫操作的時候，在相應的匯編程序中都會多一句內存屏障（Memory Barrier）。

而這個 lock 就是內存屏障。

內存屏障的作用：

1、在重新優化排序時保證其后面的指令不會被排到內存屏障的前面，前面的指令也不會排到內存屏障的后面。- 有序性

2、強制對寫操作后的結果（立即）刷新到主內存。

3、刷新結果到主內存時，通知并令其他線程緩存內的值過期 / 失效。

2 和 3 合起來則是可見性。

說到這里，也許會有好多人困惑，既然可見性可以保證，既然可以做到修改某個變量的值后，會刷新到主內存，并令其他線程緩存失效，為什么不能保證原子性呢？這也是我之前走進的一個困區。

繼續用 i++ 來分析一下，這里面包含的指令：

從主內存讀取到緩存 // 指令 1
進行運算 // 指令 2
從緩存刷新到主內存 // 指令 3
內存屏障 // 指令 4

雖然指令 4（內存屏障）功能強大，但可惜 // 指令 1、2、3 都不是具備原子性，所以導致 volatile 不具備原子性，線程不安全，不能替代鎖的作用。

使用場景

如一些簡單的狀態標記：

volatile boolean inited = false;

// 線程 1
init(); // 語句 1
inited = true; // 語句 2

// 線程 2
while(inited){
	work(); // 語句 3
}

1、可確保語句 1 和語句 2 的執行順序。
2、可確保執行語句 2 后，線程 2 可立即獲取到最新的修改，從而執行語句 3。