Java中volatile除了保证可见性还有什么用
最早接触到volatile的关键字的时候, 是用在多线程控制地方,一个主的线程通过quitFlag标志来控制子线程的启停,子线程通过循环来判断标记是否为true,为true则退出,这时候如果不用volatile 关键字修饰quitFlag在主线程更改后, 子线程可能无法立刻看到修改,导致无法及时退出的问题，甚至无法退出的问题。
一 volatile保障了可见性
上面情况，如果用volatile 来修饰quitFlag关键字，则可以及时退出。
public class TestQuitFlag {
// 这种可能无法即时退出
// private static boolean quitFlag = false;
// 这种情况可以正常退出
private static volatile boolean quitFlag = false;
public static void main(String [] args) throws InterruptedException {
new Thread(){
@Override
public void run() {
while (!quitFlag) {
System.out.println(Thread.currentThread()+" is running");
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("Child thread is stop");
}
}.start();
Thread.sleep(3000);
quitFlag = true;
System.out.println("Main is exit..");
}
}
原因是Java对缓存进行了抽象，java的JMM内存模型，将线程访问的内存分为工作内存和主内存，工作内存只有本线程才可以操作，Java操作的数据先保存到本地内存中，更改后刷新到主内存中，其他线程读取变量的时候每次都从主内存中同步到它的本地内存中，如下图：
主内存和工作内存
二 volatile 与线程安全
volatile 保障了可见性，不具有原子性，不能保障线程的安全。有些说法可以部分保障线程安全，我认为那种可见性不能算是线程安全。
简单的测试下，累加这种典型的场景：
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class TestCounter {
private static volatile int count = 0;
public static void main(String [] args) throws InterruptedException {
List<Thread> threads = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i< 10 ; i++) {
threads.add(new Thread(){
@Override
public void run() {
for (int j = 0; j < 1000; j++) {
count++;
}
}
});
}
threads.forEach(thread->{thread.start();});
threads.forEach(thread->{
try {
thread.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
System.out.println("Main is exit..");
System.out.println("result:" + count);
}
}
一共启动10个线程，每个线程计数1000次，如果是线程安全的结果应该是10000，打印结果如下：
执行结果
如果改动下，通过synchronized 来控制累加，代码如下：
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class TestQuitFlag {
private static volatile int count =0 ;
public static void main(String [] args) throws InterruptedException {
List<Thread> threads = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i< 10 ; i++) {
threads.add(new Thread(){
@Override
public void run() {
for (int j = 0; j < 1000; j++) {
synchronized (TestQuitFlag.class) {
count++;
}
}
}
});
}
threads.forEach(thread->{thread.start();});
threads.forEach(thread->{
try {
thread.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
System.out.println("Main is exit..");
System.out.println("result:" + count);
}
}
通过synchronized 包下代码块，执行的结果就是10000了，这里面要注意下所有线程的synchronized的传入参数要是同一个对象，如果不是，则达不到锁的目的。比如刚才代码中：
synchronized(TestQuitFlag.class) 改成synchronized(this)是操作不同的对象，则达不到锁的目的。
当然在java中有性能更高的累加方法，那就是采用Atomic*系列类，这些类因为采用CAS的方式进行加锁，所以性能更好些，这里就不再举例了。
三 volatile 可以防止指令重排
volatile 可以防止指令重排，JVM虚拟机在执行Java字节码的时候，为了提升性能，在不影响程序语义的情况下，会对指令进行重排。当然除了JVM，编译器或cpu都可能会进行指令重排。
典型的代码场景是双重锁检查单例写法，具体展示如下：
public class Singleton {
private static volatile Singleton singleton;
private Singleton() {
}
public static Singleton getInstance() {
if (singleton == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (singleton == null ) {
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
}
这里面必须给singleton添加volatile关键字，为什么要添加关键字，这里和volatile的防止指令重排问题有关。这里面主要和singleton = new Singleton();这句代码相关，
这句代码实际执行的时候分为三步操作：
- 申请一块内存。
- 调用Singleton的构造函数初始化。
- 将singleton引用指向这块内存空间，这样singleton执行就不是null了。
这三步处于锁控制的范围内，当时如果没有volatile 情况下，会发生指令重排，而引起错误。来举个例子：
1） 线程1 执行到synchronized同步代码块中，判断singleton为null，这时候开始执行
singleton = new Singleton();代码。
2） 由于指令产生了重排，所以执行的代码顺序是1->3->2 , 执行完3，之后singleton不是null了，这时候线程时间片时间到，线程休眠。
3） 其他线程再调用getInstance()判断singleton不为null，直接返回singleton使用，当时我们知道，其实这个变量现在是未初始化的。其他线程使用了这个未初始化的变量，从而造成问题。
volatile 关键字给JVM指明修饰的字段可能在其他的线程中发生修改，所以
如下图：
无volatile情况
加上volatile 关键字后，看JVM编译后的代码会多一句：
lock addr $0x0,(%esp)
这个指令相当于一个内存屏障，只有一个cpu，并不需要；如果有两个或两个以上cpu访问访问的时候，会将cache本地内存的数据同步到主内存中，通过这个操作让volatile变量在其他的内存中立刻可见，也保证了后续的指令不能重排到lock指令之前。
顺便说下，DCL实现的单例模式，还常被问到的点，为什么两次判断singleton是否为null。
顺便说下：
- 第一次判断singleton 是否为null，在不为null的时候可以不用进入到同步代码块，快速返回，提升了性能。
- 第二次判断singleton是否为null，一个线程在判断singleton为null，进入到同步代码块之前休眠了，这时候另外一个线程因为判断singleton为null，则先进入了同步代码块，执行完毕后；开始的线程仍然可以进入同步代码块，如果不判断singleton是否为null，则会再次创建个单例对象，违反了我们的单例的初衷。
