在本篇博文中,将给出一个实例去验证volatile修饰的变量并不能保证其数据同步。
Java内存模型规定了所有变量都存储在主内存中，每条线程都有自己的工作内存，线程的工作内存保存了被该线程使用到变量的主内存副本拷贝，线程 对变量的所有操作(读取,赋值等)都必须在工作内存中进行，而不能直接读写主内存中的变量。不同线程也不能直接访问对方工作内存中的变量，线程间变量值的 传递均需要通过主内存来完成，线程，主内存，工作内存三者的交互关系如图所示。
当一个变量定义成volatile之后, 保证了此变量对所有线程的可见性,也就是说当一条线程修改了这个变量的值,新的值对于其它线程来说是可以立即得知的.此时,该变量的读写操作直接在主内存中完成.
Volatile 变量具有 synchronized 的可见性特性，但是不具备原子特性。
Volatile variables share the visibility features of synchronized, but none of the atomicity features.
虽然增量操作（x++）看上去类似一个单独操作，实际上它是一个由读取－修改－写入操作序列组成的组合操作，必须以原子方式执行，而 volatile 不能提供必须的原子特性。
While the increment operation (x++) may look like a single operation, it is really a compound read-modify-write sequence of operations that must execute atomically -- and volatile does not provide the necessary atomicity.
在多线程并发的环境下, 各个线程的读/写操作可能有重叠现象, 在这个时候, volatile并不能保证数据同步.
下面将给出一个实例:
实例 ==> 500个线程一起运行,每个线程对1到100求和1000次操作,然后将一个volatile共享变量值加1. 当500个线程都完成操作之后, 期望的值是500,因为每个线程执行完毕之后都会对这个volatile变量加1.
一直循环执行这个程序,直到出现volatile变量的值小于500为止,也就是出现数据不同步。
- public class NonSafeThread implements Runnable {
- /** 共享资源, 每个线程执行完之后加 1 */
- private volatile int volatileCount = 0;
- public void run() {
- /*
- * 每个线程调用sum100()方法，1000次
- */
- for (int i = 1; i <= 1000; i++) {
- sum100();
- }
- /*
- * 计算完毕之后， volatileCount 加 1
- */
- increase();
- }
- private void increase()
- {
- volatileCount++;
- }
- /**
- * 对 1 到 100 求和
- */
- private int sum100() {
- int result = 0;
- for (int i = 1; i <= 100; i++) {
- result += i;
- }
- return result;
- }
- /**
- * @return the volatileCount
- */
- public int getVolatileCount() {
- return volatileCount;
- }
- }
- /**
- * @author Eric
- *
- * @version 1.0
- */
- public class NonSafeThreadTest {
- public static void main(String[] args) {
- /** 记录循环次数 */
- int loopCount = 0;
- /** 以main函数主线程创建一个是线程组 */
- ThreadGroup threadGroup = Thread.currentThread().getThreadGroup();
- for (;;) {
- loopCount++;
- /*
- * 启动500个线程，初始化的线程会添加到当前线程组中
- */
- NonSafeThread nonSafeThread = new NonSafeThread();
- startThreads(nonSafeThread);
- /*
- * 如果线程组中除了主线程之外，还有其它线程，则休眠5毫秒，然后再判断线程组中 剩余的线程数，直到只剩下主线程一个为止。
- */
- while (!isOnlyMainThreadLeft(threadGroup)) {
- sleep(5);
- }
- /*
- * 500个线程运行完毕，那么此时的volatile变量volatileCount的值应该500， 因为每个线程将其值加1。
- *
- * 验证是否出现线程不安全的情况。
- */
- validate(loopCount, nonSafeThread.getVolatileCount(), 500);
- }
- }
- /**
- * 启动500个线程
- */
- private static void startThreads(NonSafeThread nonSafeThread) {
- for (int i = 0; i < 500; i++) {
- new Thread(nonSafeThread).start();
- }
- }
- /**
- * 验证是否出现线程不安全的情况。 如果是，则打印出线程不安全的信息。
- */
- private static void validate(int loopCount, int actualValue,
- int expectedValue) {
- if (!isVolatileCountExpected(actualValue, expectedValue)) {
- printNonSafeMessage(loopCount, actualValue, expectedValue);
- /*
- * 正常退出程序。
- */
- System.exit(0);
- }
- }
- /**
- * 在控制台打印出现线程不安全时的信息。
- */
- private static void printNonSafeMessage(int loopCount, int actualValue,
- int expectedValue) {
- System.out.println(String.format(
- "第%d次循环，出现线程不安全的情况，volatile的值不正确,期望值是%d, 但是500个线程运行的情况下是%d",
- loopCount, expectedValue, actualValue));
- }
- /**
- * 判断实际中的volatile值与期望值是否一致。
- */
- private static boolean isVolatileCountExpected(int actualValue,
- int expectedValue) {
- return actualValue == expectedValue;
- }
- /**
- * 让线程休眠millis毫秒
- */
- private static void sleep(long millis) {
- try {
- Thread.sleep(millis);
- } catch (InterruptedException e) {
- // TODO Auto-generated catch block
- e.printStackTrace();
- }
- }
- /**
- * 判断一个线程组是否只剩下主线程了。
- *
- * 如果是则返回true，如果不是则放回false.
- */
- private static boolean isOnlyMainThreadLeft(ThreadGroup tg) {
- return tg.activeCount() == 1;
- }
- }
某次运行,输出的结果如下：
第83次循环，出现线程不安全的情况，volatile的值不正确,期望值是500, 但是500个线程运行的情况下是499
在这种情况下,可以通过 Lcak和synchronized来保证数据的同步。
如:
1. 使用Lock,修改NonSafeThread类的run方法的内容：
- public void run() {
- lock.lock();
- try {
- /*
- * 每个线程调用sum100()方法，1000次
- */
- for (int i = 1; i <= 1000; i++) {
- sum100();
- }
- /*
- * 计算完毕之后， volatileCount 加 1
- */
- increase();
- } finally {
- lock.unlock();
- }
- }
2. 使用synchronized
- public void run() {
- synchronized ("") {
- /*
- * 每个线程调用sum100()方法，1000次
- */
- for (int i = 1; i <= 1000; i++) {
- sum100();
- }
- /*
- * 计算完毕之后， volatileCount 加 1
- */
- increase();
- }
- }
如果用Lock或者synchronized修改了NonSafeThread类, 如果再想跑这个程序的话,需要控制一下NonSafeThreadTest中for循环中执行的次数,比如1000次 (我运行程序的时候,一般都在100次以内打印出数据不安全的结果),以免导致程序在Lock或者synchronized修改后一直执行下去.
