Java中Volatile關鍵字能不能保證原子性

今天小編給大家分享一下Java中Volatile關鍵字能不能保證原子性的相關知識點，內容詳細，邏輯清晰，相信大部分人都還太了解這方面的知識，所以分享這篇文章給大家參考一下，希望大家閱讀完這篇文章后有所收獲，下面我們一起來了解一下吧。

volatile

volatile 是 Java 中的一個相對來說比較重要的關鍵字，主要就是用來修飾會被不同線程訪問和修改的變量。

而這個變量只能保證兩個特性，一個是保證有序性，另外一個則是保證可見性。

那么什么是有序性，什么又是可見性呢？

有序性

那么什么是有序性呢？

其實程序執行的順序按照代碼的先后順序執行，禁止進行指令重排序。

看似理所當然，其實并不是這樣，指令重排序是JVM為了優化指令，提高程序運行效率，在不影響單線程程序執行結果的前提下，盡可能地提高并行度。

但是在多線程環境下，有些代碼的順序改變，有可能引發邏輯上的不正確。

而 volatile 就是因為有這個特性，所以才被大家熟知的。

volatile 又是如何保證有序性的呢？

有很多小伙伴就說，網上說的是 volatile 可以禁止指令指令重排序，這就保證了代碼的程序會嚴格按照代碼的先后順序執行。這就保證了有序性。被 volatile 修飾的變量的操作，會嚴格按照代碼順序執行，就是說當代碼執行到 volatile 修飾的變量時，其前面的代碼一定執行完畢，后面的代碼一定沒有執行。

如果這時候，面試官不再繼續深挖下去的話，那么恭喜你，可能這個問題已經回答完了，但是如果面試官繼續往下深挖，為什么會禁止指令重排，什么又是指令重排呢？

在從源碼到指令的執行，一般是分成了三種重排，如圖所示：                             

我們接下來就得看看 volatile 是如何禁止指令重排的。

我們直接用代碼來進行驗證：

public class ReSortDemo {

int a = 0;
boolean flag = false;

public void mehtod1(){
a = 1;
flag = true;
}

public void method2(){
if(flag){
a = a +1;
System.out.println("最后的值: "+a);
}
}
}

如果有人看到這段代碼，肯定會說，那這段代碼出來的結果會是什么呢？

有些人說是 2，是的， 如果你只是單線程調用，那結果就是 2，但是如果是多線程調用的時候，最后的輸出結果不一定是我們想象到的 2，這時就要把兩個變量都設置為 volatile。

如果大家對單例模式了解比較多的話，肯定也是關注過這個 volatile，為什么呢？

大家看看如下代碼：

class Singleton {
// 不是一個原子性操作
//private static Singleton instance;
//改進，Volatile 可以保持可見性，不能保證原子性，由于內存屏障，可以保證避免指令重排的現象產生！
private static volatile Singleton instance;

// 構造器私有化
private Singleton() {
}

// 提供一個靜態的公有方法，加入雙重檢查代碼，解決線程安全問題, 同時解決懶加載問題，同時保證了效率, 推薦使用
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}

上面的單例模式大家熟悉么？

是的，這就是 **雙重檢查(DCL 懶漢式) **

有人會說，因為有指令重排序的存在，雙端檢索機制也也不一定是線程安全的呀，對呀，所以用到了 synchronized 關鍵字，讓他變成了線程安全的了。

可見性

其實可見性就是，在多線程環境中，對共享變量的修改對于其他線程是否立即可見的問題。

那么他的可見性一般都會表現在什么地方呢？用在什么地方呢？

其實一般用這個變量，很多都是為了保證他的可見性，就比如定義的一個全局變量，在其中有個循環來判斷這個變量的值，有一個線程修改了這個參數的時候，這個循環會停止，跳轉到之后去執行。

我們來看看沒有使用volatile修飾代碼實現：

public class Test {

private static boolean flag = false;

public static void main(String[] args) throws Exception{
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("線程A開始執行:");
for (;;){
if (flag){
System.out.println("跳出循環");
break;
}
}
}
}).start();
Thread.sleep(100);

new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("線程B開始執行");
flag = true;
System.out.println("標識已經變更");
}
}).start();
}
}

結果大家肯定是可想而知，

運行結果肯定是：

線程A開始執行:
線程B開始執行
標識已經變更

確實，就是這樣的。

如果我們用 volatile 呢，那么這個代碼的執行結果就會不一樣呢？

我們來試一下：

public class Test {

private static volatile boolean flag = false;

public static void main(String[] args) throws Exception{
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("線程A開始執行:");
for (;;){
if (flag){
System.out.println("跳出循環");
break;
}
}
}
}).start();
Thread.sleep(100);

new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("線程B開始執行");
flag = true;
System.out.println("標識已經變更");
}
}).start();
}

這樣我們就能看到另外一個執行結果，在循環當中的輸出語句是可以被執行的。

也就是說，在線程B 中，我們去修改這個被修飾的變量，那么最終，在線程A中，就能順利讀取到我們的數據信息了。

是否能夠保證原子性

不能，我們來看一點代碼，被volatile修飾的變量，

public class Test {

// volatile不保證原子性
// 原子性：保證數據一致性、完整性
volatile int number = 0;

public void addPlusPlus() {
number++;
}

public static void main(String[] args) {
Test volatileAtomDemo = new Test();
for (int j = 0; j < 20; j++) {
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
volatileAtomDemo.addPlusPlus();
}
}, String.valueOf(j)).start();
}// 后臺默認兩個線程：一個是main線程，一個是gc線程
while (Thread.activeCount() > 2) {
Thread.yield();
}
// 如果volatile保證原子性的話，最終的結果應該是20000 // 但是每次程序執行結果都不等于20000
System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
" final number result = " + volatileAtomDemo.number);
}
}

如果能夠保原子性，那么最終的結果應該是20000，但是每次的最終結果并不能保證就是20000，比如：

main final number result = 17114
main final number result = 20000
main final number result = 19317

三次執行，都是不同的結果，

為什么會出現這種呢？這就和number++有關系了

number++被拆分成3個指令

• 執行GETFIELD拿到主內存中的原始值number

• 執行IADD進行加1操作

• 執行PUTFIELD把工作內存中的值寫回主內存中

當多個線程并發執行PUTFIELD指令的時候，會出現寫回主內存覆蓋問題，所以才會導致最終結果不為 20000，所以 volatile 不能保證原子性。

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