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java-doc-volatile

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volatile

修饰符volatile告诉编译器，由volatile修饰的变量可以被程序的其他部分随意修改。在多线程程序中，有时两个或多个线程共享相同的变量，出于效率方面的考虑，每个线程自身可以保存这种共享变量的私有副本，真正的(或主)变量副本在各个时间被更新，例如当进入同步方法时。虽然这种方式可以工作，但是有时效率不高。在有些情况下，重要的是变量的主副本总是反映自身的当前状态。为了确保这一点，简单地将变量修改为volatile，这回告诉编译器必须总是使用volatile变量的主副本(或者，至少总是保持所有私有版本和最新的主副本一直，反之亦然)。此外，访问主变量的顺序必须和所有私有副本相同，以精确地顺序执行。

概括说法：

  • 可见性：让一个线程对共享变量的修改，能够及时的被其他线程看到
  • 禁止缓存：volatile变量的访问控制符会加个ACC_VOLATILE，不会被CPU告诉缓存区缓存
  • 关闭优化：CPU指令重排不会对volatile修饰的变量进行代码优化

问题分析1

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public class LearnVolatile1 {
    int i = 0;
    boolean isRunning = true;

    public static void main(String args[]) throws InterruptedException {
        LearnVolatile1 test = new LearnVolatile1();

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("thread running start...");
                while(test.isRunning){
                    test.i++;
                }

                System.out.println("thread running end : " + test.i);
            }
        }).start();

        Thread.sleep(3000L);
        test.isRunning = false;
        System.out.println("shutdown...");
    }
}

对于上述代码，无论我们程序运行多少遍，我们都无法把i的值打印出来，这原因并不是Java的Bug。

我们的代码中，由于isRunning没有被volatile修饰，因此是非可见的，所以CPU指令重排的时候会对关于这变量的使用代码进行优化，大致如下

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public void run() {
    System.out.println("thread running start...");
    if(test.isRunning){
        while(true){
            test.i++;
        }
    }
    System.out.println("thread running end : " + test.i);
}

通过代码可以看到，while的判断条件变动了，所以我们在3秒后把isRunning改成false，循环也没有退出。

要预防这种因为多个线程公用一个变量因为可见性导致代码被CPU指令重排导致的问题，只需要给变量加个volatile修饰即可。