因为我说:volatile 是轻量级的 synchronized,面试官让我回去等通知!
volatile 是并发编程的重要组成部分,也是面试常被问到的问题之一。不要向小强那样,因为一句:volatile 是轻量级的 synchronized,而与期望已久的大厂失之交臂。
volatile 有两大特性:保证内存的可见性和禁止指令重排序。那什么是可见性和指令重排呢?接下来我们一起来看。
内存可见性要了解内存可见性先要从 Java 内存模型(JMM)说起,在 Java 中所有的共享变量都在主内存中,每个线程都有自己的工作内存,为了提高线程的运行速度,每个线程的工作内存都会把主内存中的共享变量拷贝一份进行缓存,以此来提高运行效率,内存布局如下图所示:
但这样就会产生一个新的问题,如果某个线程修改了共享变量的值,其他线程不知道此值被修改了,就会发生两个线程值不一致的情况,我们用代码来演示一下这个问题。
public class VolatileExample { // 可见性参数 private static boolean flag = false; public static void main(String[] args) { new Thread(() -> { try { // 暂停 0.5s 执行 Thread.sleep(500); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } flag = true; System.out.println("flag 被修改成 true"); }).start(); // 一直循环检测 flag=true while (true) { if (flag) { System.out.println("检测到 flag 变为 true"); break; } } } }以上程序的执行结果如下:
flag 被修改成 true
我们会发现永远等不到 检测到 flag 变为 true 的结果,这是因为非主线程更改了 flag=true,但主线程一直不知道此值发生了改变,这就是内存不可见的问题。
内存的可见性是指线程修改了变量的值之后,其他线程能立即知道此值发生了改变。
我们可以使用 volatile 来修饰 flag,就可以保证内存的可见性,代码如下:
public class VolatileExample { // 可见性参数 private static volatile boolean flag = false; public static void main(String[] args) { new Thread(() -> { try { // 暂停 0.5s 执行 Thread.sleep(500); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } flag = true; System.out.println("flag 被修改成 true"); }).start(); // 一直循环检测 flag=true while (true) { if (flag) { System.out.println("检测到 flag 变为 true"); break; } } } }以上程序的执行结果如下:
检测到 flag 变为 true
flag 被修改成 true
指令重排是指在执行程序时,编译器和处理器常常会对指令进行重排序,已到达提高程序性能的目的。
比如小强要去图书馆还上次借的书,随便再借一本新书,而此时室友小王也想让小强帮他还一本书,未发生指令重排的做法是,小强先把自己的事情办完,再去办室友的事,这样显然比较浪费时间,还有一种做法是,他先把自己的书和小王的书一起还掉,再给自己借一本新书,这就是指令重排的意义。
但指令重排不能保证指令执行的顺序,这就会造成新的问题,如下代码所示:
public class VolatileExample { // 指令重排参数 private static int a = 0, b = 0; private static int x = 0, y = 0; public static void main(String[] args) throws InterruptedException { for (int i = 0; i < Integer.MAX_VALUE; i++) { Thread t1 = new Thread(() -> { // 有可能发生指令重排,先 x=b 再 a=1 a = 1; x = b; }); Thread t2 = new Thread(() -> { // 有可能发生指令重排,先 y=a 再 b=1 b = 1; y = a; }); t1.start(); t2.start(); t1.join(); t2.join(); System.out.println("第 " + i + "次,x=" + x + " | y=" + y); if (x == 0 && y == 0) { // 发生了指令重排 break; } // 初始化变量 a = 0; b = 0; x = 0; y = 0; } } }以上程序执行结果如下所示:
可以看出执行到 48526 次时发生了指令重排,y 就变成了非正确值 0,显然这不是我们想要的结果,这个时候就可以使用 volatile 来禁止指令重排。
以上我们通过代码的方式演示了指令重排和内存可见性的问题,接下来我们用代码来演示一下 volatile 同步方式的问题。
volatile 非同步方式