谈谈Java中Volatile关键字的理解

volatile这个关键字可能很多朋友都听说过，或许也都用过。在Java 5之前，它是一个备受争议的关键字，因为在程序中使用它往往会导致出人意料的结果。在Java 5之后，volatile关键字才得以重获生机。volatile关键字虽然从字面上理解起来比较简单，但是要用好不是一件容易的事情。

一、前言

JMM提供了volatile变量定义、final、synchronized块来保证可见性。
用volatile修饰的变量，线程在每次使用变量的时候，都会读取变量修改后的最的值。volatile很容易被误用，用来进行原子性操作。写了几个测试的例子，大家可以试一试。

二、主程序

public class Main{
public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
List<Thread> threadList = new ArrayList<Thread>();
for(int i=0; i<10; ++i){
Thread thread = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
Single.Holder.instance.add();
}
});
threadList.add(thread);
thread.start();
}
for(Thread thread : threadList)
thread.join();
System.out.println(Single.Holder.instance.x);
}
}

三、单例模式测试

1、没有volatile，没有synchronized的情况

class Single{
public int x = 0;
public void add(){
try {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
++this.x;
}
public static class Holder{
public static Single instance = new Single();
}
}

输出结果：8， 9， 10都出现过。可以多运行，多试一试，就会发现不同的结果。

2、有volatile，没有synchronized

class Single{
public volatile int x = 0;
public void add(){
try {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
++this.x;
}
public static class Holder{
public static Single instance = new Single();
}
}

输出结果：最多出现的是9 和 10。

3、没有volatile，有synchronized

class Single{
public int x = 0;
public synchronized void add(){
try {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
++this.x;
}
public static class Holder{
public static Single instance = new Single();
}
}

输出结果：无论运行多少次都是10。

四、关于volatile在DCL(double check lock)中的应用

public class LazySingleton {
private int someField;
private static LazySingleton instance;
private LazySingleton() {
this.someField = new Random().nextInt(200)+1; // (1)
}
public static LazySingleton getInstance() {
if (instance == null) { // (2)
synchronized(LazySingleton.class) { // (3)
if (instance == null) { // (4)
instance = new LazySingleton(); // (5)
}
}
}
return instance; // (6)
}
public int getSomeField() {
return this.someField; // (7)
}
}

首先说明一下，为什么这种写法在java中是行不通的！

假设线程Ⅰ是初次调用getInstance()方法，紧接着线程Ⅱ也调用了getInstance()方法和getSomeField()方法，我们要说明的是线程Ⅰ的语句(1)并不happen-before线程Ⅱ的语句(7)。线程Ⅱ在执行getInstance()方法的语句(2)时，由于对instance的访问并没有处于同步块中，因此线程Ⅱ可能观察到也可能观察不到线程Ⅰ在语句(5)时对instance的写入，也就是说instance的值可能为空也可能为非空。我们先假设instance的值非空，也就观察到了线程Ⅰ对instance的写入，这时线程Ⅱ就会执行语句(6)直接返回这个instance的值，然后对这个instance调用getSomeField()方法，该方法也是在没有任何同步情况被调用，因此整个线程Ⅱ的操作都是在没有同步的情况下调用 ，这说明线程Ⅰ的语句(1)和线程Ⅱ的语句(7)之间并不存在happen-before关系，这就意味着线程Ⅱ在执行语句(7)完全有可能观测不到线程Ⅰ在语句(1)处对someFiled写入的值，这就是DCL的问题所在。很荒谬，是吧？DCL原本是为了逃避同步，它达到了这个目的，也正是因为如此，它最终受到惩罚，这样的程序存在严重的bug，虽然这种bug被发现的概率绝对比中彩票的概率还要低得多，而且是转瞬即逝，更可怕的是，即使发生了你也不会想到是DCL所引起的。

我的理解是：线程I 和线程II 都有自己的工作存储，线程I 创建好了instance后，向内存刷新的时间是不确定的，所以线程Ⅱ在执行语句(7)完全有可能观测不到线程Ⅰ在语句(1)处对someFiled写入的值。

那么由于在java 5中多增加了一条happen-before规则：

•对volatile字段的写操作happen-before后续的对同一个字段的读操作。

利用这条规则我们可以将instance声明为volatile，即： private volatile static LazySingleton instance;
根据这条规则，我们可以得到，线程Ⅰ的语句(5) -> 语线程Ⅱ的句(2) （也就是线程），根据单线程规则，线程Ⅰ的语句(1) -> 线程Ⅰ的语句(5)和语线程Ⅱ的句(2) -> 语线程Ⅱ的句(7)，再根据传递规则就有线程Ⅰ的语句(1) -> 语线程Ⅱ的句(7)，这表示线程Ⅱ能够观察到线程Ⅰ在语句(1)时对someFiled的写入值，程序能够得到正确的行为。

补充：在java5之前对final字段的同步语义和其它变量没有什么区别，在java5中，final变量一旦在构造函数中设置完成（前提是在构造函数中没有泄露this引用)，其它线程必定会看到在构造函数中设置的值。而DCL的问题正好在于看到对象的成员变量的默认值，因此我们可以将LazySingleton的someField变量设置成final，这样在java5中就能够正确运行了。

以上内容是小编给大家介绍的Java中Volatile关键字的知识，希望对大家有所帮助！