17、volatile
volatile是不错的机制，但是也不能保证原子性。
17.1. volatile 可见性
代码验证可见性
package com.interview.concurrent.volatiles;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
* @description:测试volatile的可见性
* @author DDKK.COM 弟弟快看，程序员编程资料站
* @date 2023/2/26 17:54
*/
public class VolatileVisibility {
// volatile 读取的时候去主内存中读取在最新值！
private volatile static int num = 0;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// Main线程
new Thread(()->{
/**
* @description:
* 由于num添加了volatile,所以线程每次读取都会去主内存中读取
* @author DDKK.COM 弟弟快看，程序员编程资料站
* @date 2023/2/26 17:54
*/
while (num==0){
}
}).start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
num = 1;
System.out.println(num);
}
}
17.2. volatile 不保证原子性
验证 volatile 不保证原子性
17.2.1. volatile 不保证原子性的原因分析
原子性：ACID 不可分割！完整，要么同时失败，要么同时成功！
package com.interview.concurrent.volatiles;
/**
* @author DDKK.COM 弟弟快看，程序员编程资料站
* @description 描述:验证volatile的原子性
* @date 2023/2/26 17:55
*/
public class VolatileAcid {
private volatile static int num = 0;
public static void main(String[] args) {
for (int i = 1; i <= 20; i++) {
new Thread(()->{
for (int j = 1; j <= 1000; j++) {
add(); // 20 * 1000 = 20000
}
},String.valueOf(i)).start();
}
// main线程等待上面执行完成，判断线程存活数 2
while (Thread.activeCount()>2){
// main gc
//线程放弃当前分得的 CPU 时间，但是不使线程阻塞
Thread.yield();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+num);
}
public static void add(){
num++;
}
}
运行效果如下:
运行效果并不是我们预期中的20000，这是什么原因呢？
因为numm++ 不是原子操作，而volatile也不保证原子性操作。
分析VolatileAcid类在堆中运行的字节码
使用命令查看类运行的字节码
javap -c xxx.class
num++被拆分成三部分，在这三者之间又会有其他进程进来读取原始值，做加1操作。怎么解决呢？看下文分解
17.2.2. volatile 不保证原子性解决方案
解决方案：
1、使用synchronized:前面已经说过；
2、使用原子性类工具java.util.concurrent.atomic
使用atomic解决原子性问题，示例代码如下：
package com.interview.concurrent.volatiles;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
/**
* @author DDKK.COM 弟弟快看，程序员编程资料站
* @description 描述:使用atomic解决原子性
* @date 2023/2/26 18:29
*/
public class AtomicIntegerAcid {
private volatile static AtomicInteger num = new AtomicInteger();
public static void add(){
num.getAndIncrement(); // 等价于 num++
}
public static void main(String[] args) {
for (int i = 1; i <= 20; i++) {
new Thread(()->{
for (int j = 1; j <= 1000; j++) {
add(); // 20 * 1000 = 20000
}
},String.valueOf(i)).start();
}
// main线程等待上面执行完成，判断线程存活数 2
while (Thread.activeCount()>2){
// main gc
//线程放弃当前分得的 CPU 时间，但是不使线程阻塞
Thread.yield();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+num);
}
}
17.3. volatile 禁止 指令重排讲解
17.3.1. 什么是指令重排
计算机在执行程序之后，为了提高性能，编译器和处理器会进行指令重排！
处理在指令重排的时候必须要考虑数据之间的依赖性！
指令重排：程序最终执行的代码，不一定是按照你写的顺序来的！
int x = 11; // 语句1
int y = 12; // 语句2
x = y + 5; // 语句3
y = x*x ; // 语句4
//怎么执行
1234
2134
1324
// 请问语句4 能在语句3前面执行吗？ 能
加深: int x,y,a,b = 0;
| 线程1 | 线程2 |
|---|---|
| x = a; | y = b; |
| b = 1; | a = 2; |
| x = 0, y = 0 |
假设编译器进行了指令重排，就会出现如下效果！
| 线程1 | 线程2 |
|---|---|
| b = 1; | a = 2; |
| x = a; | y =b； |
| x =2，y=1 |
package com.interview.concurrent.volatiles;
/**
* @author DDKK.COM 弟弟快看，程序员编程资料站
* @description 描述：指令重排
* 两个线程交替执行的！
* @date 2023/2/26 18:38
*/
public class InstructionReset {
public static void main(String[] args) {
InstructionWare instructionWare = new InstructionWare();
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
instructionWare.m1();
}
},"A").start();
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
instructionWare.m2();
}
},"B").start();
}
}
class InstructionWare{
int a = 0;
boolean flag = false;
public void m1(){
// A
flag = true; // 语句2
a = 1; // 语句1
}
public void m2(){
// B
if (flag){
a = a + 5; // 语句3
System.out.println("m2=>"+a);
}
}
}
由于有指令重排的问题，语句3可能在语句1先执行，这样就导致最终结果a = 5而不是6！
volatite： 能实现禁止指令重排！
17.3.2. volatile实现禁止指令重排原理：内存屏障。
volatile实现禁止指令重排原理：内存屏障。
内存屏障： 作用于CPU的指令，主要作用两个：
1、 保证特定的操作执行顺序；
2、保证某些变量的内存可见性。
禁止指令重排，能保证线程的安全性
语句1先执行，这样就导致最终结果a = 5而不是6！
volatite： 能实现禁止指令重排！