并发编程之Java内存模型volatile的内存语义

让我来详细讲解一下Java内存模型volatile的内存语义。

什么是Java内存模型？

Java内存模型指定了Java程序中多个线程之间的内存交互方式。Java内存模型决定了一个线程在什么时候能看到另一个线程对共享变量的写操作，以及如何同步访问共享变量。

什么是volatile变量？

在Java中，如果一个变量被声明为volatile类型，那么在多线程环境中，这个变量具有一定的特殊性，其主要表现在两点：

1. 线程在写入该变量后，更新后的的值会立即同步到主内存中。

2. 线程在读取该变量时，会从主内存中读取最新的值，而不是从本地线程的缓存中读取。

volatile变量的内存语义

volatile变量具有以下内存语义：

1. 可见性：对一个volatile变量的写操作，能够立即反映到其他线程中，即其他线程可以立即看到该变量的最新值。

2. 原子性：volatile变量的读取和写入具有原子性，不会发生并发访问问题。

3. 有序性：虽然volatile变量的读取和写入操作具有原子性，但是volatile变量并不是互斥的。

volatile变量的使用场景

volatile变量在以下场景中使用比较好：

1. 标志位：线程之间的协作可以使用volatile变量进行通信，比如一个线程在执行完某个操作后，可以通过volatile变量通知另一个线程继续执行。

2. 可见性场景：在多线程环境中，某个变量的值可能会被多个线程共享。如果不使用volatile关键字，那么可能会出现一个线程修改了变量的值，但是另一个线程并没有看到最新的值的情况。

示例

下面我们通过两个示例来更好地理解volatile变量的内存语义。

示例1：标志位

public class VolatileExample {
    public static volatile boolean flag = false;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            while (!flag) {

            }
            System.out.println("Thread 1 finished");
        });
        t1.start();

        Thread.sleep(1000);// 确保t1线程已经在while循环中等待

        flag = true;// 随意条件把变量设置成true，让while循环结束，即程序可以退出
        System.out.println("Main thread finished");
    }
}

在上面的示例中，我们定义了一个volatile变量flag，并在main方法中启动了一个线程t1，在t1线程中使用while循环等待flag变量变为true，而在主线程中将flag变量设置为true，从而使t1线程结束循环，输出“Thread 1 finished”。

如果不使用volatile关键字，那么在while循环中会有可见性问题，即当主线程修改了flag变量的值后，t1线程可能无法立即看到最新的值，从而导致无法退出while循环，程序陷入死循环。

示例2：可见性

public class VolatileExample {
    public static volatile int count = 0;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(() -> {
                for (int j = 0; j < 10000; j++) {
                    count++;
                }
            }).start();
        }

        Thread.sleep(1000);
        System.out.println("count = " + count);
    }
}

在上面的示例中，我们定义了一个volatile变量count，并使用10个线程对其进行累加操作（每个线程累加10000次），然后在主线程中输出最终的count的值。

如果不使用volatile关键字，那么可能存在计数不准确的问题，即多个线程对同一个变量进行累加时，多个线程之间的变量值不是同步的，导致最终的计数结果不正确。而使用volatile关键字可以保证每个线程对变量的操作是可见的，解决了计数不准确的问题。

以上就是关于Java内存模型volatile的内存语义的详细讲解。