java高并发的volatile与Java内存模型详解

Java内存模型和volatile

Java是一种并发语言，因此对于多线程并发的情况，必须要考虑更细致的问题。这些问题涉及到Java内存模型以及变量的可见性、有序性和原子性等等问题。其中，关于变量的可见性和原子性，Java中的volatile关键字有很重要的作用。

Java内存模型

Java内存模型（Java Memory Model，JMM）是一种抽象的规范，它定义了Java虚拟机如何和计算机内存进行交互。Java内存模型试图消除并发编程中存在的歧义和重排序问题。它定义了线程之间以及线程和主内存之间的数据传输和同步规则。

在Java内存模型中，共享变量存放在主内存中，而每个线程都有一份工作内存。工作内存是线程的私有数据区域，线程在执行操作时需要把变量从主内存拷贝到工作内存中。线程执行完操作后，将工作内存中的数据刷新回主内存。

volatile关键字

当多个线程访问同一个变量时，如果不进行同步操作，则会由于JVM的优化而导致线程之间的修改不可见。为了解决这个问题，Java SE 5引入了volatile变量，这个关键字保证了多线程之间修改变量时的可见性、有序性和原子性。

具体来说，当一个变量被声明为volatile变量时，读取这个变量和写入这个变量的操作都是对其它线程可见的。即使一个变量被同步机制保护，如果没有volatile修饰，其它线程仍然无法保证看到最新的值。

除了可见性外，volatile变量还保证了它们的操作是按照顺序执行的，即不会发生重排序。这对于一些需要顺序执行的操作非常重要，例如递增操作等等。

示例

示例1：不使用volatile关键字

public class Test {
    private static boolean flag = false;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(() -> {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            flag = true;
            System.out.println("flag has changed to " + flag);
        }).start();

        while(!flag) {
            // do nothing
        }
        System.out.println("program end");
    }
}

在这个示例中，我们创建了两个线程。其中一个线程会1秒后将flag修改为true，而另一个线程会不断检查flag是否为true，并打印输出。但是，由于flag并没有使用volatile关键字进行修饰，因此另一个线程无法感知到flag的修改，最终程序将陷入死循环。

示例2：使用volatile关键字

public class Test {
    private static volatile boolean flag = false;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(() -> {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            flag = true;
            System.out.println("flag has changed to " + flag);
        }).start();

        while(!flag) {
            // do nothing
        }
        System.out.println("program end");
    }
}

在这个示例中，我们只需要在flag的定义前加上volatile关键字，就可以保证在另一个线程中感知到flag的修改。运行程序后，生产输出如下

flag has changed to true
program end

说明在另一个线程中成功地感知到了flag的修改。