一個具體的例子學習Java volatile關鍵字

相信大多數Java程序員都學習過volatile這個關鍵字的用法。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鍵字,確保本條指令不會因編譯器的優化而省略,且要求每次直接讀值。

可能有很多剛學Java的朋友們看了上面這段非常籠統的描述後仍然覺得雲裡霧裡的。

下面我們就用一個具體的例子來學習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, 然後主線程啟動一個新線程,在線程裡不停得增加計數器i的值,直到主線程的布爾變量stop被主線程置為true才結束循環。

主線程用Thread.sleep停頓1秒後將布爾值stop置為true。

一個具體的例子學習Java volatile關鍵字

因此,我們期望的結果是,上述Java代碼執行1秒鐘後停止,並且打印出1秒鐘內計數器i的實際值。

然而,執行這個Java應用後,你發現它進入了死循環,在任務管理器裡發現這個Java程序CPU佔用率飆升。

原因是什麼呢?讓我們溫習下計算機專業課操作系統中講過的內存模型的知識。

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

一個具體的例子學習Java volatile關鍵字

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

一個具體的例子學習Java volatile關鍵字

如果線程在自己的執行代碼裡修改了定義在主線程(主內存)中的變量,修改直接發生在線程的工作內存裡,然後在某個時刻(Java程序員無法控制這個時刻,而是由JVM調度的),這個修改從工作內存寫回到主內存。

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

一個具體的例子學習Java volatile關鍵字

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

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