详解Java并发编程基础之volatile

下面我将详细讲解“详解Java并发编程基础之volatile”的攻略。首先，我们需要了解volatile的作用。

什么是volatile

在Java中，一个变量被声明为volatile，意味着它是一个“易变的”变量。它告诉编译器和JVM，这个变量在任何时刻都可能被其它线程修改，因此需要特别处理。

volatile的应用场景

volatile主要用于保证变量的可见性和防止指令重排序。

可见性

在Java中，一个线程修改一个变量之后，这个修改可能不会立即被其它线程看到。这是因为，为了提高效率，JVM可能会对指令进行重排序，导致线程A对变量的修改先于线程B执行。在这种情况下，线程B可能会看到过期的值。

通过将变量声明为volatile，可以告诉JVM，这个变量在任何时刻都可能被其它线程修改，因此需要其它线程看到最新的值，而不是过期的值。

防止指令重排序

JVM在执行指令时，可能会对其进行重排序，以提高执行效率。但是，在多线程情况下，指令重排序可能会导致程序出现奇怪的问题，甚至会破坏程序的正确性。

通过将变量声明为volatile，可以告诉JVM，这个变量不能被进行指令重排序。

volatile的不足之处

虽然volatile可以确保变量的可见性和防止指令重排序，但是它并不能保证原子性。原子性指的是一个操作不可被中断，要么全部执行成功，要么全部执行失败。

如果我们需要保证原子性，可以使用synchronized或Lock等同步工具。

示例1

下面，我们来看一个例子。

public class VolatileExample {
    private volatile boolean flag = false;

    public void setFlag() {
        flag = true;
    }

    public void printFlag() {
        System.out.println("flag=" + flag);
    }
}

在上面的代码中，我们声明了一个boolean类型的变量flag，并将其声明为volatile。然后，我们分别编写了两个方法setFlag和printFlag。在方法setFlag中，我们将变量flag设置为true，在方法printFlag中，我们打印变量flag的值。

现在，我们在多个线程中调用这两个方法，看看会发生什么。

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        VolatileExample example = new VolatileExample();
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            example.setFlag();
        });
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            example.printFlag();
        });
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
    }
}

在上面的代码中，我们创建了一个VolatileExample对象，并创建了两个线程t1和t2。在线程t1中，我们调用了方法setFlag，将变量flag设置为true。然后，在线程t2中，我们调用了方法printFlag，打印变量flag的值。

运行上面的代码，我们会发现输出的结果总是true，即使线程t1先于线程t2执行。这是因为，变量flag被声明为volatile，保证了其可见性，而且setFlag方法和printFlag方法之间不存在数据竞争。

示例2

下面，我们来看另一个例子。

public class VolatileExample {
    private volatile int count = 0;

    public void increase() {
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            count++;
        }
    }

    public int getCount() {
        return count;
    }
}

在上面的代码中，我们声明了一个int类型的变量count，并将其声明为volatile。然后，我们分别编写了两个方法increase和getCount。在方法increase中，我们对变量count执行了10000次加一操作，在方法getCount中，我们返回变量count的值。

现在，我们在多个线程中调用这两个方法，看看会发生什么。

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        VolatileExample example = new VolatileExample();
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            example.increase();
        });
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            example.increase();
        });
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println(example.getCount());
    }
}

在上面的代码中，我们创建了一个VolatileExample对象，并创建了两个线程t1和t2。在线程t1中，我们调用了方法increase，对变量count执行了10000次加一操作。然后，在线程t2中，我们也调用了方法increase，对变量count执行了10000次加一操作。最后，在主线程中，我们打印变量count的值。

运行上面的代码，我们可能会得到一个小于20000的结果，这是因为变量count被声明为volatile，但是它并不能保证原子性。在多个线程对变量count进行加一操作时，会出现数据竞争，导致最终的结果不一定正确。

为了保证原子性，可以使用synchronized关键字或Lock类等同步工具来保证代码块的原子性。例如，可以将increase方法修改为：

public synchronized void increase() {
    for (int i = 0; i < 10000; i++) {
        count++;
    }
}

这样，就可以保证increase方法的原子性了。当然，也可以使用AtomicInteger等原子类来保证原子性。

综上所述，volatile关键字可以用于保证变量的可见性和防止指令重排序，但是不能保证原子性。在使用volatile时，需要特别注意读写顺序和数据竞争等问题。