从volatile说到i++的线程安全问题

　　一般说来，volatile用在如下的几个地方：

1、中断服务程序中修改的供其它程序检测的变量需要加volatile；

　　2、多任务环境下各任务间共享的标志应该加volatile；

　　3、存储器映射的硬件寄存器通常也要加volatile说明，因为每次对它的读写都可能有不同意义；

　　另外，以上这几种情况经常还要同时考虑数据的完整性（相互关联的几个标志读了一半被打断了重写），在1中可以通过关中断来实现，2 中可以禁止任务调度，3中则只能依靠硬件的良好设计了。

　　volatile关键字保证了

　　1. 可见性——在多线程环境下，被修饰的变量在别修改后会马上同步到主存，这样该线程对这个变量的修改就是对所有其他线程可见的，其他线程能够马上读到这个修改后值。

　　2. 禁止指令重排序优化

　　本文中来谈谈第一点，可见性。

　　Thread的本地内存

　　每个Thread都拥有自己的线程存储空间

　　Thread何时同步本地存储空间的数据到主存是不确定的

　　例子

　　

　　上图表示两个线程并发执行，而且代码顺序上为Thread1-》Thread2

　　不用 volatile

　　假如ready字段不使用volatile，那么Thread 1对ready做出的修改对于Thread2来说未必是可见的，是否可见是不确定的。假如此时thread1 ready泄露了（leak through）了，那么Thread 2可以看见ready为true，但是有可能answer的改变并没有泄露，则thread2有可能会输出 0 （answer=42对thread2并不可见）

　　使用 volatile

　　使用volatile以后，做了如下事情

　　每次修改volatile变量都会同步到主存中

　　每次读取volatile变量的值都强制从主存读取最新的值（强制JVM不可优化volatile变量，如JVM优化后变量读取会使用cpu缓存而不从主存中读取）

　　线程 A 中写入 volatile 变量之前可见的变量， 在线程 B 中读取该 volatile 变量以后， 线程 B 对其他在 A 中的可见变量也可见。 换句话说， 写 volatile 类似于退出同步块， 而读取 volatile 类似于进入同步块

　　所以如果使用了volatile，那么Thread2读取到的值为read=》true，answer=》42，当然使用volatile的同时也会增加性能开销

　　注意

　　volatile并不能保证非源自性操作的多线程安全问题得到解决，volatile解决的是多线程间共享变量的可见性问题，而例如多线程的i++，++i，依然还是会存在多线程问题，它是无法解决了。如下：使用一个线程i++，另一个i–，最终得到的结果不为0

　　public class VolatileTest {

　　private static volatile int count = 0;

　　private static final int times = Integer.MAX_VALUE;

　　public static void main（String［］ args） {

　　long curTime = System.nanoTime（）;

　　Thread decThread = new DecThread（）;

　　decThread.start（）;

　　// 使用run（）来运行结果为0，原因是单线程执行不会有线程安全问题

　　// new DecThread（）.run（）;

　　System.out.println（“Start thread： ” + Thread.currentThread（） + “ i++”）;

　　for （int i = 0; i 《 times; i++） {

　　count++;

　　}

　　System.out.println（“End thread： ” + Thread.currentThread（） + “ i--”）;

　　// 等待decThread结束

　　while （decThread.isAlive（））;

　　long duration = System.nanoTime（） - curTime;

　　System.out.println（“Result： ” + count）;

　　System.out.format（“Duration： %.2fs\n”， duration / 1.0e9）;

　　}

　　private static class DecThread extends Thread {

　　@Override

　　public void run（） {

　　System.out.println（“Start thread： ” + Thread.currentThread（） + “ i--”）;

　　for （int i = 0; i 《 times; i++） {

　　count--;

　　}

　　System.out.println（“End thread： ” + Thread.currentThread（） + “ i--”）;

　　}

　　}

　　}12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243

　　最后输出的结果是

　　Start thread： Thread［main，5，main］ i++

　　Start thread： Thread［Thread-0，5，main］ i--

　　End thread： Thread［main，5，main］ i--

　　End thread： Thread［Thread-0，5，main］ i--

　　Result： -460370604

　　Duration： 67.37s123456

　　原因是i++和++i并非原子操作，我们若查看字节码，会发现

　　void f1（） { i++; }1

　　的字节码如下

　　void f1（）;

　　Code：

　　0： aload_0

　　1： dup

　　2： getfield #2; //Field i:I

　　5： iconst_1

　　6： iadd

　　7： putfield #2; //Field i:I

　　10： return123456789

　　可见i++执行了多部操作， 从变量i中读取读取i的值 -》 值+1 -》 将+1后的值写回i中，这样在多线程的时候执行情况就类似如下了

　　Thread1 Thread2

　　r1 = i; r3 = i;

　　r2 = r1 + 1; r4 = r3 + 1;

　　i = r2; i = r4;1234

　　这样会造成的问题就是 r1， r3读到的值都是 0， 最后两个线程都将 1 写入 i， 最后 i 等于 1， 但是却进行了两次自增操作

　　可知加了volatile和没加volatile都无法解决非原子操作的线程同步问题

　　线程同步问题的解决

　　Java提供了java.util.concurrent.atomic 包来提供线程安全的基本类型包装类，例子如下

　　package com.qunar.atomicinteger;

　　import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

　　/**

　　* @author zhenwei.liu created on 2013 13-9-2 下午10:18

　　* @version $Id$

　　*/

　　public class SafeTest {

　　private static AtomicInteger count = new AtomicInteger（0）;

　　private static final int times = Integer.MAX_VALUE;

　　public static void main（String［］ args） {

　　long curTime = System.nanoTime（）;

　　Thread decThread = new DecThread（）;

　　decThread.start（）;

　　// 使用run（）来运行结果为0，原因是单线程执行不会有线程安全问题

　　// new DecThread（）.run（）;

　　System.out.println（“Start thread： ” + Thread.currentThread（） + “ i++”）;

　　for （int i = 0; i 《 times; i++） {

　　count.incrementAndGet（）;

　　}

　　// 等待decThread结束

　　while （decThread.isAlive（））;

　　long duration = System.nanoTime（） - curTime;

　　System.out.println（“Result： ” + count）;

　　System.out.format（“Duration： %.2f\n”， duration / 1.0e9）;

　　}

　　private static class DecThread extends Thread {

　　@Override

　　public void run（） {

　　System.out.println（“Start thread： ” + Thread.currentThread（） + “ i--”）;

　　for （int i = 0; i 《 times; i++） {

　　count.decrementAndGet（）;

　　}

　　System.out.println（“End thread： ” + Thread.currentThread（） + “ i--”）;

　　}

　　}

　　}12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849

　　输出

　　Start thread： Thread［main，5，main］ i++

　　Start thread： Thread［Thread-0，5，main］ i--

　　End thread： Thread［Thread-0，5，main］ i--

　　Result： 0

　　Duration： 105.15