Volatile关键字 作用以及解决问题

volatile关键字java虚拟机提供的轻量级同步机制

• 保证可见性
• 禁止指令重排序
• 不保证原子性

可见性:

什么叫可见性呢，首先要说一下JAVA虚拟机内存,JAVA虚拟机内存模型规定，所有的变量都放在计算机的主内存当中，主内存是共享内存区域，所有线程都可以访问，而每个线程创建时都会为其创建一个工作内存(可以称之为栈空间),工作内存呢就是每个线程的私有数据区域，所以每个线程创建时也会从主内存进行一个变量副本拷贝，每当修改的时候也是再自己的工作内存中进行修改的，不能直接操作主内存，修改完成之后再对主内存的变量进行重新赋值，因此线程之间无法访问对方的工作内存，线程之间必须通过主内存来完成。

因此 当变量声明了 volatile关键字之后，每当线程进行写操作的时候会立即刷新到主内存中，并且强制其他有缓存过此变量的线程数据清空，并且重新读取最新数据。

原子性:

原子性的意思呢就是一组操作要么成功要么失败的意思，为什么volatile不能保证原子性呢。

看以下代码进行分析:

        class Test{

        volatile int i = 0;

        public void add() {
            i++;
        }
    }

假如此时创建了两条线程，那么他们的工作内存中 i 都是等于0。此时同时进行调用add()方法进行i+1的操作，操作过程为如下: 

    1. 从主内存获取最新值

    2.进行+1操作

    3.写回主内存

    我们可以看一下通过查看java的汇编字节码中的执行顺序, 通过javap命令看到:

image.png

    可以看到java编译后的汇编字节码执行顺序一样，先get，再进行add自增，再进行put 写回数据

    如果说两个线程同时调用，他们第一步肯定都是获取到的是0，写回主内存的时候线程A 写回1，线程B也是写回1 。因此不能保证原子性，因为他的操作过程是会被打断的。所以有可能我们进行多线程将 1 加到 1000的时候可能会导致结果不正确 会小于 1000； 

指令重排序:

    这个涉及到的东西有点多，跟计算机进行计算有很大的关系

    可以看一下当你运行一段代码大概需要进行的操作

    源代码->编译器优化的重排->指令并行的重排->内存系统的重排->最终执行的指令。

这些排序呢只是为了计算机能够更快的进行一个代码的计算。

int a = 1; // 1
int b = 3; // 2
a = a + 2; // 3 
b = b * a + 1; // 4

以上是我们写代码的执行步骤 1 -> 2 -> 3 -> 4

但是经过计算机的排序后有可能会是 2 -> 1 -> 3 -> 4 是不确定的,因此加上了volatile关键字后可以防止进行排序.

有这么三点:

• 单线程环境里面确保程序最终执行结果和代码顺序执行的结果一致。
• 处理器在进行重排序时必须要考虑指令之间的数据依赖性。
• 多线程环境中线程交替执行，由于编译器优化重排的存在，两个线程      中使用的变量能否保证一致性是无法确定的，结果无法预测

依赖性呢就是说，上边代码 永远不可能 会是 第4步执行，因为他对变量a有依赖。

总结: volatile呢是一个 轻量级的同步机制，如果我们想要弥补volatile原子性的问题，我们可以给 add()方法加上 synchronized 关键字或者是加lock 通过加锁 来保证原子性，但是 建议没必要 大材小用，大家可以看一下java提供的

AtomicInteger类，是一个专门提供可以保证原子性的类。可以保证多线程中数据的安全性。

注:后边会更新 为什么 AtomicInteger可以保证原子性，怎么实现。